Вижте всички скриване на автори и принадлежности

  • Намерете този автор в Google Scholar
  • Намерете този автор в PubMed
  • Потърсете този автор на този сайт
  • Запис на ORCID за Василий С. Столяров
  • За кореспонденция: stoliarov.vs @ mipt.rudimitri.roditchev @ espci.fr
  • Намерете този автор в Google Scholar
  • Намерете този автор в PubMed
  • Потърсете този автор на този сайт
  • Запис на ORCID за Димитрий Родичев
  • За кореспонденция: stoliarov.vs @ mipt.rudimitri.roditchev @ espci.fr

Резюме

Взаимодействието между свръхпроводимостта и магнетизма е една от най-старите загадки във физиката. Обикновено силното обменно поле на феромагнетика потиска синглетната свръхпроводимост чрез парамагнитния ефект. В EuFe2 (As0.79P0.21) 2, материал, който става не само свръхпроводящ при 24.2 K, но и феромагнитен под 19 K, съжителството на двете антагонистични явления става възможно поради необичайно слабото обменно поле, произведено от подсистемата Eu. Експериментално и теоретично демонстрираме, че когато феромагнетизмът добавя към свръхпроводимост, състоянието на Майснер става спонтанно нехомогенно, характеризиращо се с нанометрова раирана доменна структура. При още по-ниска температура и без никакво външно приложено магнитно поле, системата локално генерира квантови двойки вихър-анти-вихър и претърпява фазов преход в състояние на вихър-анти-въртеж на домейн, характеризиращ се с много по-големи домейни и особени модели на Тюринг. Разработваме количествена теория за това явление и предлагаме нов начин за реализиране на свръхпроводящи свръхрешетки и управление на вихровото движение във феромагнитни свръхпроводници чрез настройване на магнитни домейни - безпрецедентна възможност за разглеждане за усъвършенствани свръхпроводящи хибриди.

ВЪВЕДЕНИЕ

(A) Атомна структура на материала. (Б.) Фазова диаграма на EuFe2 (As1-xPx) като функция от заместване P/As. Вертикалната червена пунктирана линия отбелязва съдържанието на Р = 0,21 от изследваните проби. Звездите означават температурата на преход на FM TFM и SC критична температура TC, TFM | ψ (r →) | в трите държави; червени пунктирани линии изобразяват | ψ0 (T) | - максимално възможната стойност на параметъра на поръчката при дадена температура (вижте обясненията в текста).

  • Изтеглете изображение с висока разделителна способност
  • Отваряне в нов раздел
  • Изтеглете Powerpoint

(A) Атомна структура на материала. (Б.) Фазова диаграма на EuFe2 (As1-xPx) като функция от заместване P/As. Вертикалната червена пунктирана линия отбелязва съдържанието на Р = 0,21 от изследваните проби. Звездите означават температурата на преход на FM TFM и SC критична температура TC, TFM | ψ (r →) | в трите държави; червени пунктирани линии изобразяват | ψ0 (T) | - максимално възможната стойност на параметъра на поръчката при дадена температура (вижте обясненията в текста).

(TFM - T) 1/2 и води до lN (T). Тези зависимости λ (T) и lN (T) са отразени в lDMS (T); те са добре уловени от експеримента.

(A) Температурна еволюция на ширините на домейна, извлечени от MFM карти (лентите с грешки представляват вариациите на периода на домейна в изследваната извадка). Домените се появяват точно под TFM, отбелязвайки преход от конвенционално състояние на Майснер към DMS. Вътре в DMS фазата ширината на домейна леко се увеличава с понижаване на температурата. Около T = 17,5 K се осъществява фазовият преход DMS/DVS; ширината на домейна бързо се увеличава. Под T = 15 K, дълбоко във фазата DVS, ширината на домейна е почти постоянна. (Б.) Обща енергия на DMS EDMS (синя крива), на DVS EDVS (червена крива) и на съответната не-SC FM фаза EFM (пунктирана крива) като функция от ширината на домейна l при DMS/DVS преход. Изчислението се извършва за T = 18 K и λ (T) 420 nm (вж. Допълнителните материали). Във фазата на DMS минималната енергия съответства на l = 137 nm, а във фазата DVS на l = 350 nm, в съгласие с експеримента. а.у., произволни единици.

  • Изтеглете изображение с висока разделителна способност
  • Отваряне в нов раздел
  • Изтеглете Powerpoint

(A) Температурна еволюция на ширините на домейна, извлечени от MFM карти (лентите с грешки представляват вариациите на периода на домейна в изследваната извадка). Домените се появяват точно под TFM, отбелязвайки преход от конвенционално състояние на Майснер към DMS. Вътре в DMS фазата ширината на домейна леко се увеличава с понижаване на температурата. Около T = 17,5 K се осъществява фазовият преход DMS/DVS; ширината на домейна бързо се увеличава. Под T = 15 K, дълбоко във фазата DVS, ширината на домейна е почти постоянна. (Б.) Обща енергия на DMS EDMS (синя крива), на DVS EDVS (червена крива) и на съответната не-SC FM фаза EFM (пунктирана крива) като функция от ширината на домейна l при DMS/DVS преход. Изчислението се извършва за T = 18 K и λ (T) 420 nm (вж. Допълнителните материали). Във фазата на DMS минималната енергия съответства на l = 137 nm, а във фазата DVS на l = 350 nm, в съгласие с експеримента. а.у., произволни единици.

Преход от първи ред в DVS

Сега следваме основните стъпки на фазовия преход от DMS към DVS, които са представени на фиг. 3. В тези карти заловените вихри на Абрикосов са заобиколени от пунктирани кръгове. Началото на прехода се извършва при T = 17,8 K, 1 K под TFM, когато започват да се появяват нови магнитни обекти (проследете еволюцията от фиг. 3А до фиг. 3В и др.). Новите обекти се разкриват като двойки малки тъмни и ярки петна (заобиколени от жълти кръгове). Тези двойки петна са идентифицирани като локално генерирани V-AV двойки. Те никога не се наблюдават в картите при T> TFM. Магнитният контраст на възникващите V-AV двойки е значително по-нисък от този на единични абрикосовски вихри, тъй като при нуклеация разстоянието V-AV е от порядъка на ефективната ширина на доменната стена, w ∼ ≪ λ, и тяхното противоположно насочените магнитни потоци частично се отменят. Забележително е, че двойките V-AV систематизират систематично на места, където параметърът за подреждане SC допълнително е отслабен, като нормални ядра на отделни вихри или „Y“ -образни дислокации на домейни, при които ефектът на „текущо струпване“ при резки завои (22) причинява обезвреждане и последващо намаляване на параметъра за поръчка SC.

(A да се К) Локални магнитни MFM карти, получени в тесен температурен прозорец ΔT ≈ 0,6 K от T = 17,86 K (A) до T = 17,25 K (K) в същата площ на пробата 8 μm × 8 μm, както на фиг. 1 (D до F ). Закрепените вихри на Абрикосов са маркирани с пунктирани кръгове. Жълтите стрелки сочат към конкретни местоположения (Y-образни дислокации на доменната структура, заловени абрикосовски вихри, новоядрени V-AV двойки и др.), Които работят като места за нуклеиране на V-AV двойки; последните са заобиколени от жълти кръгове в следващите карти (виж обяснението в основния текст). Вече съществуващи и нарастващи V-AV клъстери са маркирани с бели елипси. В (I) до (K) DMS и DVS съществуват едновременно. (L) Карта, получена при 16,53 K, вече прилича на DVS с ниска температура от фиг. 1F. (М да се О) Увеличени изображения в горната област на картите (A) до (C), показващи единична V-AV двойка нуклеация при Y дислокация. (P) Веднъж създадени, вихърът и антивидорът се разделят и служат като вторични центрове на нуклеация за други двойки V-AV. Контрастът в (M) до (P) беше оптимизиран за по-добра видимост.

  • Изтеглете изображение с висока разделителна способност
  • Отваряне в нов раздел
  • Изтеглете Powerpoint

(A да се К) Локални магнитни MFM карти, получени в тесен температурен прозорец ΔT ≈ 0,6 K от T = 17,86 K (A) до T = 17,25 K (K) в същата площ на пробата 8 μm × 8 μm, както на фиг. 1 (D до F ). Закрепените вихри на Абрикосов са маркирани с пунктирани кръгове. Жълтите стрелки сочат към конкретни местоположения (Y-образни дислокации на доменната структура, заловени абрикосовски вихри, новоядрени V-AV двойки и др.), Които работят като места за нуклеиране на V-AV двойки; последните са заобиколени от жълти кръгове в следващите карти (виж обяснението в основния текст). Вече съществуващи и нарастващи V-AV клъстери са маркирани с бели елипси. В (I) до (K) DMS и DVS съществуват едновременно. (L) Карта, получена при 16,53 К, вече прилича на нискотемпературния DVS от фиг. 1F. (М да се О) Увеличени изображения в горната област на картите (A) до (C), показващи единична V-AV двойка нуклеация при Y дислокация. (P) Веднъж създадени, вихърът и антивидорът се разделят и служат като вторични центрове на нуклеация за други двойки V-AV. Контрастът в (M) до (P) беше оптимизиран за по-добра видимост.

Локално V-AV поколение при прехода

Основната причина, поради която V-AV двойките генерират, като по този начин унищожават DMS, се състои в непрекъснато увеличаване на кинетичната енергия на двойки Купър поради токове на Майснер във всеки FM домейн, тъй като температурата се понижава и магнитният момент във всеки домейн се увеличава. При някаква температура създаването на вихри в даден домейн става енергийно благоприятно. В същия момент появата на антиортекс става благоприятна в FM домейни с обратна полярност. Освен това, поради особеното разпределение на токовете на Майснер във фазата на DMS (фиг. 1Н), свръхпроводимостта на доменните стени е значително отслабена. По доменните стени циркулират големи екраниращи токове. Тяхната амплитуда (в границата l ≪ λ) е jwall = cMl/(6λ 2) (16). Тъй като в нашия случай l ≃ 0,5λ, тези токове могат да бъдат силни, сравними с критичната плътност на тока jc j стена j c (T) = 2 π 3 M H c l λ, където Hc е термодинамичното критично поле. В резултат на това параметърът за подреждане SC на стената на доменната стена се намалява в сравнение с параметъра за максимален ред ψ0 (T) при същата температура, (ψ0 (T) - ψ стена)/ψ0 (T)

Пространствена структура на DVS

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И накрая, експериментално разкрихме съществуването на нова фаза на Майснер - магнитната DMS и последващия преход от първи ред в DVS в FM свръхпроводника EuFe2 (As0.79P0.21) 2. Също така демонстрирахме локалното поколение V-AV двойки директно вътре в този материал. Тези явления трябва да са общи за слабите FM свръхпроводници с TFM L. N. Bulaevskii,

  • А. И. Буздин,
  • М. Л. Кулич,
  • С. В. Панджуков

    • домейн

    , Съжителство на свръхпроводимост и теоретични прогнози на магнетизма и експериментални резултати. Adv. Физ. 34, 175 - 261 (1985).