Interplay of ferromagnetism and superconductivity : (in hybrid structures)

Interaction entre supraconductivité et ferromagnétisme

Caroline Richard (1)

1 SPSMS - UMR 9001 - Service de Physique Statistique, Magnétisme et Supraconductivité

While ferromagnetism and conventional superconductivity appear as antagonist phases of nature, the proximity effect in hybrid S/F structures offers a unique opportunity to study their interplay. In particular, spin-triplet odd-frequency superconducting correlations may be induced in a diffusive ferromagnet.In a first part, we study the equilibrium current that may flow in hybrid S/F Josephson junctions. We exhibit signatures of odd-frequency triplet correlations. In particular, we predict the existence of a long range triplet current through a non-collinear bilayer ferromagnet with a peculiar superharmonic current phase relation. This can be viewed as the Josephson effect between a conventional superconductor and an effective triplet superconductor generated at the end of the bilayer ferromagnet. Then, we study the competition between triplet and singlet superconductivity in the temperature dependence of the critical current. Namely, the critical current flowing between two effective triplet reservoirs through a conventional superconducting layer may display a maximum at finite temperature.

Ferromagnétisme et supraconductivité conventionnelle sont deux phases antagonistes dont la compétition peut facilement être étudiée dans les structures hybrides S/F. En particulier, une supraconductivité triplet odd-frequency peut être induite dans une couche ferromagnétique en régime diffusif.Dans une première partie, on étudie les courants qui circulent à l'équilibre dans de telles jonctions hybrides S/F. On prédit l'existence d'un courant triplet longue portée dans une bicouche ferromagnétique d'aimantation non homogène. La relation courant phase a la particularité d'être superharmonique. Ceci peut être interprété comme un effet Josephson entre un supraconducteur conventionelle et un supraconducteur triplet artificiellement induit à l'extrémité de la bicouche ferromagnétique. La compétition entre supraconductivité singulet et triplet peut aussi être observée dans le courant critique de certaines jonctions hybrides : le courant circulant entre deux reservoirs triplets au travers d'une couche supraconductrice conventionnelle peut présenter un maximum à température finie.Dans une seconde partie, on explore la combinaison de la supraconductivité et du ferromagnétisme avec en perspective la génération de courants de spin pour la spintronique. La resonance ferromagnetique (RFM) est un mécanisme de pompage de spin qui permet de générer des courants de spin sans appliquer de tension. Grâce à des effets d'interface, les signatures d'un courant de spin induit par RFM ont déjà été mesurées à température ambiante au bord d'un métal normal attaché à une couche ferromagnétique sous RFM. On prédit que l'effet survit à basse température quand le métal normal devient supraconducteur.

Mots clés: Electronic transport; Dynamic; Ferrromagnetism; Superconductivity; Spatial oscillation; Correlation

Mots clés: Transport electronique; Dynamique; Ferromagnétisme; Supraconductivité; Oscillation spatiale; Corrélation

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Caroline Richard. Interplay of ferromagnetism and superconductivity : (in hybrid structures). Condensed Matter [cond-mat]. Université de Grenoble, 2013. English. ⟨NNT : 2013GRENY066⟩. ⟨tel-01374242⟩