Measurement of the ground state of a ferromagnetic Josephson junction

Mesure de l'état fondamental d'une jonction Josephson ferromagnétique

Wiebke Guichard (1)

1 CRTBT - Centre de Recherches sur les Très Basses Températures

We have measured the pi-coupling in Ferromagnet Josephson junctions based on the superconductor Nb and the ferromagnetic alloy PdNi. We have measured the ground state of ferromagnetic Josephson junctions Nb/NbOx/PdNi/Nb (SIFS) as a function of the ferromagnetic layer thickness using a single dc-SQUID (Superconducting QUantum Interfererence Device). The sign change of the Josephson coupling is observed as a shift of half a quantum flux in the SQUID diffraction pattern. We have also studied the Josephson coupling in Nb/PdNi/Nb (SFS) junctions, 100*100 um2 large, with the aim to observe a 0-pi transition as a function of the temperature. The quality of the diffraction pattern on one hand, and the large value of the critical current on the other hand did not allow us to observe this transition. The problems associated with the impossibility to observe this transition has motivated us to develop a new evaporation technic using masks made off membranes of silicium. This system allows us the evaporation of junctions with a size of 25*25 um2 in situ, using masks instead of optical lithography.

Ce travail porte sur la mesure du couplage pi dans les jonctions Josephson ferromagnétiques à base de Nb et de l'alliage ferromagnétique PdNi. Nous avons mis en oeuvre une expérience de type SQUID (Superconducting QUantum Interfererence Device) avec laquelle nous avons mesuré directement le signe du couplage Josephson - donc la phase supraconductrice - dans les jonctions Josephson Nb/NbOx/PdNi/Nb (SIFS) en fonction de l'épaisseur du PdNi. La présence d'une jonction pi se manifeste par un décalage du spectre de diffraction d'un demi-quantum de flux par rapport au spectre d'un SQUID contenant deux jonctions avec le même signe du couplage Josephson. Nous avons également étudié le couplage Josephson dans des jonctions Nb/PdNi/Nb (SFS) d'une taille de 100*100 um2, ce qui avait pour objectif de mesurer une transition de 0 à pi dans ces jonctions, en fonction de la température. La qualité insuffisante des spectres de diffraction d'une part, et la valeur élevée des courants critiques d'autre part, ne nous ont pas permis de mettre en évidence cette transition. Les problèmes liés à l'impossibilité d'observer cette transition nous ont incitée à développer une nouvelle technique d'évaporation des jonctions à base de membranes en silicium. Ce système permet l'évaporation de jonctions d'une taille de 25*25 um2 in situ, à l'aide de masques, sans recourir à la lithographie optique.

Mots clés: Supraconductivity

Mots clés: Supraconductivité; magnétisme; jonction pi SFS et SIFS; effet de proximité; état lié d'Andréev; supercourant négatif; SQUID pi; masques en Si

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]; Supraconductivité [cond-mat.supr-con]

Wiebke Guichard. Mesure de l'état fondamental d'une jonction Josephson ferromagnétique. Matière Condensée [cond-mat]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00004242⟩