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Spin-polarized proximity effect in superconducting junctions - 14/02/08

Doi : 10.1016/j.crhy.2005.11.007 
Takehito Yokoyama a, b , Yukio Tanaka a, b,
a Department of Applied Physics, Nagoya University, Nagoya 464-8603, Japan 
b CREST, Japan Science and Technology Corporation (JST), Nagoya 464-8603, Japan 

Corresponding author.

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Abstract

We study spin dependent phenomena in superconducting junctions in both ballistic and diffusive regimes. For ballistic junctions we study both ferromagnet/s- and d-wave superconductor junctions and two-dimensional electron gas/s-wave superconductor junctions with Rashba spin-orbit coupling. It is shown that the exchange field always suppresses the conductance while the Rashba spin-orbit coupling can enhance it. In the latter part of the article we study the diffusive ferromagnet/insulator/s- and d-wave superconductor (DF/I/S) junctions, where the proximity effect can be enhanced by the exchange field in contrast to common belief. This resonant proximity effect in these junctions is studied for various situations: conductance of the junction and density of states of the DF are calculated by changing the heights of the insulating barriers at the interfaces, the magnitudes of the resistance in DF, the exchange field in DF, the transparencies of the insulating barriers and the angle between the normal to the interface and the crystal axis of d-wave superconductors α. It is shown that the resonant proximity effect originating from the exchange field in DF strongly influences the tunneling conductance and density of states. We clarify the followings: for s-wave junctions, a sharp zero bias conductance peak (ZBCP) appears due to the resonant proximity effect. The magnitude of this ZBCP can exceed its value in normal states in contrast to that observed in diffusive normal metal/superconductor junctions. We find similar structures to the conductance in the density of states. For d-wave junctions at  , we also find a result similar to that in s-wave junctions. The magnitude of the resonant ZBCP at   can exceed that at   due to the formation of the mid gap Andreev resonant states. To cite this article: T. Yokoyama, Y. Tanaka, C. R. Physique 7 (2006).

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Résumé

Nous étudions des phénomènes dépendant du spin dans des jonctions supraconductrices en régimes balistique et diffusif. Pour les jonctions balistiques, nous étudions à la fois les jonctions entre ferromagnétique et supraconducteurs à ondes s et d et entre gaz dʼélectrons bidimensionnel et supraconducteurs à ondes s, avec couplage spin-orbite de Rashba. Nous montrons que le champ dʼéchange diminue toujours la conductance alors que le couplage spin-orbite de Rashba peut lʼaugmenter. Dans le reste de lʼarticle, nous étudions les jonctions diffusives ferromagnétique/isolant/supraconducteurs à ondes s et d (DF/I/S), où, contrairement à lʼopinion commune, lʼeffet de proximité peut être accru par le champ dʼéchange. Cet effet de proximité résonnant dans ces jonctions est étudié dans diverses situations : la conductance de la jonction et la densité dʼétats du DF sont calculées en changeant les hauteurs des barrières isolantes aux interfaces, les amplitudes de la résistance dans DF, le champ dʼéchange dans DF, les transparences des barrières isolantes et lʼangle α entre la normale à lʼinterface et lʼaxe cristallographique des supraconducteurs à onde d. Nous montrons que lʼeffet de proximité résonnant dû au champ dʼéchange dans DF influence fortement la conductance tunnel et la densité dʼétats. Nous clarifions les points suivants : pour les jonctions à onde s, un pic marqué de conductance sous polarisation nulle (ZBCP) apparaît, à cause de lʼeffet de proximité résonnant. Lʼamplitude du ZBCP peut dépasser sa valeur dans les états normaux, à la différence de ce qui se produit dans les jonctions diffusives entre métal normal et supraconducteur. Nous trouvons des structures similaires à la conductance dans la densité dʼétats. Pour les jonctions à onde d à  , nous trouvons aussi un résultat similaire à celui obtenu pour les jonction à onde s. Lʼamplitude du ZBCP résonnant à   peut être supérieure à celle obtenue à  , à cause de lʼapparition dʼétats dʼAndreev résonnants en milieu de bande interdite. Pour citer cet article : T. Yokoyama, Y. Tanaka, C. R. Physique 7 (2006).

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Keywords : Andreev reflection, Proximity effect, Mid gap Andreev resonant states, Exchange field, Rashba spin-orbit coupling

Mots-clés : Réflexion dʼAndreev, États dʼAndreev résonnants en milieu de bande interdite, Champ dʼéchange, Couplage spin-orbite de Rashba


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Vol 7 - N° 1

P. 136-149 - gennaio 2006 Ritorno al numero
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  • Odd triplet superconductivity in superconductor-ferromagnet hybrid structures
  • F. Sebastián Bergeret, Anatoly F. Volkov, Konstantin B. Efetov

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