Російські вчені виявили, як магнони впливають на надпровідність.
Дослідження опубліковано у журналі Physical Review B. Дослідження, пов'язані з взаємодією магнетизму та надпровідності, мають тривалу і динамічну історію, що почалася з перших відкриттів про надпровідники та ферромагнетики. Одним із значних кроків у цій галузі стало відкриття так званої спін-розщепленої надпровідності — квантового явища, яке виникає в результаті впливу ферромагнітного матеріалу або зовнішнього магнітного поля на надпровідник. Наявність такого розщеплення густини станів надпровідника відіграє ключову роль, наприклад, у згаданому вище гігантському спін-залежному ефекті Зеебека.
В останні роки увага вчених була зосереджена на вивченні спінтроніки, де магнетизм і надпровідність об'єднуються для створення нових функціональних матеріалів і пристроїв з підвищеною продуктивністю. Дослідження в цій області досягли нового рівня завдяки досягненням у галузі атомної та молекулярної фізики, нанотехнологій і комп'ютерного моделювання.
Однак тривалий час вплив магнонів на надпровідну густину станів і ефект гібридизації квазічастинок залишався недостатньо вивченим. Проблема вивчення електронно-магнонного взаємодії в F/S гетероструктурах і його впливу на спін-розщеплену густину станів вимагала глибокого аналізу та нових підходів.
Для опису взаємодії електронів з магнонами вчені використовували формалізм функцій Гріна, а також чисельні методи. Виявилося, що процеси перевороту спіну, підтримувані магнонами, можуть зменшувати спінове розщеплення і викликати значне розширення гілок спектрів квазічастинок. Під впливом магнонів структура густини станів зазнала значних змін. Зовнішні когерентні піки стали ширшими, тоді як внутрішні піки залишилися незмінними. Це розширення, викликане магнонними процесами, відрізняється від відомих механізмів, що впливають на всі піки, таких як спін-орбітальне взаємодія або нееластичне розсіювання на домішках. Крім того, були проведені чисельні розрахунки при різних значеннях температури, що дозволило простежити посилення ефекту зі збільшенням кількості термічно збуджених магонів.
«Мотивацією цієї роботи стало прагнення пояснити незвичайні експериментальні результати. У експерименті Е. Страмбіні та співавторів спостерігалося нетипова поведінка спін-розщепленої густини станів у F/S структурах. Раніше вважалося, що зовнішні піки цієї густини станів повинні бути вищими, ніж внутрішні. У роботі ж Е. Страмбіні та співавторів результати показували протилежну ситуацію. Ми з'ясували, що електронно-магнонна взаємодія якраз і призводить до такого ефекту, — розповів Олександр Бобков, старший науковий співробітник Центру перспективних методів мезофізики та нанотехнологій МФТІ. — Результати нашої роботи можуть допомогти в розробці надчутливих детекторів та ефективних термоелектричних пристроїв».
Проведене російськими фізиками дослідження, включаючи детальний аналіз локальної густини станів з урахуванням електронно-магнонного взаємодії, дає можливість глибше зрозуміти взаємодії в двошарових тонкоплівкових системах ферромагнетик-надпровідник і сприяє розвитку області розробки спінтронних пристроїв. Отримані результати не лише розширили сучасне розуміння того, як може виглядати спін-розщеплена надпровідність, але й можуть стати основою для нових теоретичних та експериментальних досліджень у цій галузі науки. Робота підтримана Російським науковим фондом.