芦佳 甘渝林 颜雷† 丁洪2)3)

1) (中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190)

2) (中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049)

3) (中国科学院大学, 中国科学院拓扑量子计算卓越中心, 北京 100049)

在铁磁/超导异质结中, 铁磁体的交换场通过近邻效应将导致超导体准粒子态密度的塞曼劈裂.基于该效应, 在外磁场不强的情况下, 通过外加磁场可以有效地调节铁磁/超导界面处的交换作用, 从而实现超导体在正常态和超导态之间转换, 产生极大磁电阻.本文利用脉冲激光沉积方法制备了EuS/Ta 异质结并研究了其电磁特性.Ta 在3.6 K 以下为超导态, EuS 在20 K 以下为铁磁态.在2 K 时, EuS/Ta 异质结中可观测蝴蝶型磁滞回线, 证明在低磁场下(< ±0.18 T)异质结中EuS 铁磁态和Ta 超导态共存.磁输运测试表明, 通过施加外磁场可以有效调节EuS 的交换场, 随着交换场的增大, 同时也加强了界面处的交换作用, 从而抑制Ta 的超导态, 实现了Ta 在超导态和正常态之间的转变, 在EuS/Ta 异质结中观测到了高达144000%的磁电阻.本文制备的EuS/Ta 异质结具有极大磁电阻效应, 在自旋电子学器件中有潜在的应用前景.

1 引 言

铁磁材料(ferromagnetic, F)和超导材料(superconductor, S)异质结界面的近邻效应是研究铁磁性和超导性相互作用的有效方法之一, 其丰富的物理性质备受研究者关注.20 世纪60 年代,Deustscher 等[1], Dotsch 等[2]和de Gennes[3,4]提出的理论模型揭示了近邻效应的物理机理.迄今为止, 研究人员对基于铁磁/超导/铁磁的三明治异质结做了大量的理论和实验工作[5−8].一般来说, 如果铁磁材料是金属性的, 自旋极化电流会从铁磁层传输到超导层中, 需要考虑自旋阀效应的影响[9,10],超导层和铁磁层界面处的物理机理会非常复杂.另外, 受反近邻效应的影响, 超导体的超导转变温度会降低.为了避免以上弊端, 研究者将铁磁金属替换为铁磁绝缘材料(ferromagnetic insulator, FI),形成铁磁绝缘体(FI)/超导(S)/铁磁绝缘体(FI)三明治结构.在此三明治结……