Les nanostructures hybrides ouvrent des nouvelles perspectives pour étudier la coexistence entre deux états fondamentaux antagonistes : la supraconductivité et le ferromagnétisme. Elles permettent également de créer des nouveaux dispositifs pour l'électronique quantique. Nous avons étudié par une série d'expériences l'état supraconducteur original qui se produit à l'intérieur d'un matériau ferromagnétique à cause de l'interaction entre les spins d'une paire de Cooper et le champ d'exchange. Les mesures de spectroscopie tunnel montrent qu'un état supraconducteur inhomogène, de type Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov (FFLO), est induit dans une couche mince ferromagnétique par effet de proximité. Nous avons montré par ailleurs que le couplage Josephson entre cet état et une électrode supraconductrice est négatif (couplage-π) par des mesures de courant critique et d'interférence quantique macroscopique (SQUID). Le couplage π représente une « batterie de phase » et produit un supercourant spontané lorsque la jonction ferromagnétique est insérée dans un anneau supraconducteur. Le flux magnétique associé à ce courant est d'un demi-quantum de flux. Cette transition de phase à basse température a été observée par magnétométrie Josephson et magnétométrie Hall.
Hybrid nanostructures not only open new routes for studying the coexistence of superconductivity and ferromagnetism, but they also provide new insights into the fundamentals of quantum electronics. We have investigated, by a series of experiments, the change in the superconducting wavefunction resulting from the interaction between the spins of a Cooper pair and the exchange field. Tunneling spectroscopy reveals an inhomogeneous Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov (FFLO) superconducting state induced in a ferromagnetic thin film by the proximity effect. As a consequence, critical current and macroscopic quantum interference (SQUID) experiments show π-coupling between two superconductors coupled through a ferromagnetic thin film. π-coupling originates a spontaneous half quantum flux in a superconducting ring. This phase transition has been observed by Josephson and Hall magnetometry.
Mot clés : Supraconductivité, Effet Josephson, Spectroscopie tunnel, Transport quantique
Marco Aprili 1, 2 ; Takis Kontos 1 ; Maria-Luisa Della Rocca 1, 2 ; Jérome Lesueur 2 ; Wiebke Guichard 3 ; Philippe Gandit 3 ; A. Bauer 4 ; Christoph Strunk 4
@article{CRPHYS_2006__7_1_116_0, author = {Marco Aprili and Takis Kontos and Maria-Luisa Della Rocca and J\'erome Lesueur and Wiebke Guichard and Philippe Gandit and A. Bauer and Christoph Strunk}, title = {Superconductivity and macroscopic quantum effects in superconducting/ferromagnetic hybrid nanostructures}, journal = {Comptes Rendus. Physique}, pages = {116--127}, publisher = {Elsevier}, volume = {7}, number = {1}, year = {2006}, doi = {10.1016/j.crhy.2006.01.001}, language = {en}, }
TY - JOUR AU - Marco Aprili AU - Takis Kontos AU - Maria-Luisa Della Rocca AU - Jérome Lesueur AU - Wiebke Guichard AU - Philippe Gandit AU - A. Bauer AU - Christoph Strunk TI - Superconductivity and macroscopic quantum effects in superconducting/ferromagnetic hybrid nanostructures JO - Comptes Rendus. Physique PY - 2006 SP - 116 EP - 127 VL - 7 IS - 1 PB - Elsevier DO - 10.1016/j.crhy.2006.01.001 LA - en ID - CRPHYS_2006__7_1_116_0 ER -
%0 Journal Article %A Marco Aprili %A Takis Kontos %A Maria-Luisa Della Rocca %A Jérome Lesueur %A Wiebke Guichard %A Philippe Gandit %A A. Bauer %A Christoph Strunk %T Superconductivity and macroscopic quantum effects in superconducting/ferromagnetic hybrid nanostructures %J Comptes Rendus. Physique %D 2006 %P 116-127 %V 7 %N 1 %I Elsevier %R 10.1016/j.crhy.2006.01.001 %G en %F CRPHYS_2006__7_1_116_0
Marco Aprili; Takis Kontos; Maria-Luisa Della Rocca; Jérome Lesueur; Wiebke Guichard; Philippe Gandit; A. Bauer; Christoph Strunk. Superconductivity and macroscopic quantum effects in superconducting/ferromagnetic hybrid nanostructures. Comptes Rendus. Physique, Volume 7 (2006) no. 1, pp. 116-127. doi : 10.1016/j.crhy.2006.01.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2006.01.001/
[1] Phys. Rev. Lett., 9 (1962), p. 266
[2] Phys. Rev., 135 (1964), p. A550
[3] Sov. Phys. JETP, 20 (1965), p. 762
[4] Phys. Rev. B, 77 (2005), p. 935-764 (See also Phys. Rev. B, 55, 1997, pp. 15174)
[5] et al. Phys. Rev. Lett., 86 (2001), p. 304
[6] W. Guichard, Thèse (Université Joseph Fourier, Grenoble, 2003)
[7] Phys. Rev. B, R72 (2005), p. 180503
[8] et al. Nature, 416 (2002), p. 713
[9] Sov. Phys. J. Exp. Theor. Phys., 19 (1964), p. 1228
[10] Phys. Lett., 4 (1963), p. 151
[11] Phys. Rev. Lett., 77 (1996), pp. 3025-3028
[12] Phys. Rev., 175 (1968), p. 573
[13] J. Phys. Chem. Solids, 27 (1966), p. 1805
[14] Phys. Rev. Lett., 46 (1981), pp. 65-68
[15] Phys. Rev. Lett., 93 (2004), p. 137001
[16] Principles of Electron Tunneling Spectroscopy, Oxford Univ. Press, New York, 1985
[17] et al. Phys. Rev. B, 51 (1995), p. 1073
[18] Phys. Rep., 101 (1983), p. 221
[19] Phys. Rev. Lett., 24 (1970), p. 897
[20] Phys. Rev. Lett., 1 (1962), p. 251
[21] Phys. Rev. Lett., 89 (2002) (137007-1)
[22] Phys. Rev. B, 65 (2002), p. 020501
[23] Superconducting Devices (S.T. Ruggiero; D.A. Rudman, eds.), Academic Press, San Diego, 1990
[24] Physics and Applications of the Josephson Effect, John Wiley and Sons, New York, 1982
[25] Phys. Rev. Lett., 73 (1994), p. 1872
[26] Phys. Rev. Lett., 90 (2003) (167001-1)
[27] J. Appl. Phys., 91 (2002), p. 4432
[28] Solide State Comm., 25 (1978), p. 1053-1016 (See also Rev. Mod. Phys., 72, 2000, pp. 969)
[29] Phys. Rev. Lett., 92 (2004), p. 217001
[30] Phys. Rev. Lett., 94 (2005), p. 197003
Cité par Sources :
Commentaires - Politique