Изучение особенностей функционирования спинового клапана для сверхпроводящего тока на основе эффекта близости сверхпроводник/ферромагнетик

Цель работы - модификация сверхпроводящих и магнитных свойств образцов, а также оптимизация материалов конструкции спинового клапана для сверхпроводящего тока. Данная цель обусловлена тем, что для детального исследования дальнодействующей триплетной компоненты сверхпроводимости, обнаруженной в предыдущем проекте, необходимо стабилизировать на длительное время сверхпроводящие свойства образцов. Известно, что сплавы Гейслера (СГ) с составом, близким к Co₂Cr₁₋ₓFeₓAl образует пленку высокой ССП, если во время роста пленки температура подложки поддерживается при 𝑇𝑠𝑢𝑏 ≥ 600K. Появляются пленки, приготовленные при более низкой 𝑇𝑠𝑢𝑏, оказываются слабыми ферромагнетиками из-за неупорядоченной структуры. Учитывая это, были подготовлены две серии (1а и 2а) пленок MgO/Heusler (12 нм)/Cu (1,5 нм)/Pb(𝑑𝑃𝑏) с переменной толщиной слоя Pb при фиксированной толщине СГ 𝑑𝐻𝑒𝑢𝑠𝑙𝑒𝑟 = 50 нм и две серии (1b и 2b) пленок MgO/Heusler (𝑑𝐻𝑒𝑢𝑠𝑙𝑒𝑟)/Cu (1,5 нм)/Pb(𝑑𝑃𝑏) с переменной толщиной слоя СГ при фиксированном значении 𝑑𝑃𝑏 ≃ 40 или 50 нм. Во время роста слоя СГ температуру подложки поддерживали при 𝑇𝑠𝑢𝑏 = 300 K (серии 1a и 1b) и при 𝑇𝑠𝑢𝑏 = 600 K (серии 2a и 2b). Здесь были использованы Cu (1,5 нм) в качестве буферного слоя для лучшего роста Pb. Для оптимизации роста верхнего фрагмента Cu/Pb после осаждения слоя СГ уменьшали температуру подложки 𝑇𝑠𝑢𝑏 до 150 K. Преимущество низкой 𝑇𝑠𝑢𝑏 для приготовления части Cu/Pb образца было показано в предыдущих работах. Нанесение слоев проводили с использованием комбинации метода радиочастотного распыления (для СГ) и классического испарения с помощью электронного пучка в сверхвысоком вакууме (UHV) при давлении 10-9 мбар (для Cu и Pb). Камера испарения установки была снабжена загрузочной камерой, что позволяет менять держатель образца без разрыва UHV в основной камере осаждения. Во-первых, подложки фиксировали на держателе образца и переносили в дополнительную камеру для испарения СГ с использованием метода радиочастотного распыления. Затем держатель образца перемещался в основную испарительную камеру. Использовали вращающийся держатель образца, чтобы приготовить набор образцов с различным слоем сплава Гейслера (или Pb) толщины в едином вакуумном цикле. Все используемые материалы для испарения имели чистоту лучше, чем 4N, т.е. уровень загрязнения был ниже 0,01 ат.%. Толщина пленок во время роста измерялась стандартной системой контроля с помощью кварцевого кристалла. Использовали следующие скорости осаждения: 0,037 нм/с для СГ, 0,05 нм/с для слоев Cu и 1,2 нм/с для пленок Pb. Наконец, все образцы покрывали защитным слоем Si₃N₄ против окисления. В качестве ферромагнитных слоев в работе были апробированы железо, пермаллой и сплав Гейслера. Для предотвращения деградации образцов между сверхпроводящим и ферромагнитным слоями вводился тонкий слой меди.