论文部分内容阅读
随着自旋电子学的发展以及相关器件产品的不断开发和利用，近年来人们对铁黼导隧道结及其多层结构中自旋极化的准粒子输运的研究产生了极大的兴趣。由于该隧道结系统是一个最基本的记忆储存器件单元，具有广阔的应用前景，并且作为研究铁磁性和超导电性相互作用和影响的良好载体，蕴含着丰富的物理内容，目前已成为一个很活跃的研究课题。本文主要对由铁磁体和超导体组成的单结和双结进行了一些研究，包括邻近效应、约瑟夫森效应、以及自旋极化准粒子的输运问题等。
在第一章中，简要的介绍本文有关的实验和理论背景，处理问题的理论方法，以及文中所涉及的物理概念等。
在第二章中，我们运用BdG方程和Nambu表象的格林函数方法研究了铁磁/超导结中的邻近效应，讨论由于邻近效应而引起的界面附近超导态密度和序参量的变化。其中的超导体我们分别考虑了s波超导体和d波超导体两种材料。我们发现两种结构的铁磁体一侧靠近界面附近，均存在随着离开界面距离的增大而振荡衰减的超导序参量以及具有超导特征的态密度；同时超导体一侧的准粒子态密度表现出自旋依赖的性质，表明在靠近界面附近比较小的区域内达到了弱铁磁性和超导电性共存的局面。不同的是，铁磁/s波超导结的超导体一侧存在无能隙的超导电性。而铁磁/d波超导结的邻近效应的强弱依赖于d波超导体的晶向与界面之间的夹角α的大小，表现出各向异性的性质。在d波超导体一侧靠近界面附近超导序参量会有所下降，α=0时下降的比较慢，与s波情形类似，而当α=π/4时，即使是在界面处势垒比较高的情况下，超导序参量仍然下降的比较快。
在第三章中，我们研究了超导/铁磁/超导双结中的约瑟夫森效应。直流约瑟夫森电流随着中间铁磁层厚度表现出振荡衰减的行为，对应0态和π态的相互转变，在铁磁交换能取值不同时，振荡周期均等于2πξ<,F>，ξ<,F>是铁磁层的相干长度。当电子对由一侧超导体通过铁磁层传到另一侧的超导体时，会积累φ′=d/ξ<,F>的相位差。另外，我们还分别计算了临界电流I<,C>和中间铁磁层中的超导序参量。与相位无关的临界电流随着铁磁交换能和铁磁层厚度均单调减小，其衰减长度与约瑟夫森电流的振荡周期保持一致；超导序参量随着离开界面距离的增大而减小，在铁磁层的中间位置有最小值。所有的计算均没有考虑杂质和无序等的影响(Dirty limit)，取了洁净的极限(Clean limit)。
在第四章中，我们考虑到超导体一侧通一横向超电流I<,S>，利用Blonder-Tinkham-klapwijk(BTK)方法研究铁磁/超导结中的自旋极化准粒子输运。由于横向超电流的存在，对于取洁净极限的三维s波超导结，沿不同方向入射的电子对应的超导序参量是不同的，即此时s波超导体也表现出各向异性的性质。计算表明，势垒强度Z比较小(Z=0.5)且I<,S>在临界电流附近时，微分电导曲线会出现包括零能处的峰值的三个峰的结构，表明系统有低激发能存在；q≠0.0时，随着磁交换劈裂变大|E|>Δ<,0>处的峰会劈裂为两个。Z》1时(Z=5.0)，超导一侧超电流的存在会减小超导能隙，磁交换劈裂则会抑制这种效应的产生。