Магнетотранспорт и когерентные электронные эффекты в гибридных системах на основе сверхпроводников, ферромагнетиков и полупроводниковых наноструктур

В рамках проекта, исследован электронный транспорт в управляемых эффектом поля планарных гибридных структурах сверхпроводник/ полупроводниковая нанопроволока/ сверхпроводник на основе InAs-нанопроволок и сверхпроводящих ниобиевых электродов. Изучены зависимости дифференциальной проводимости от магнитного поля и напряжения смещения в исследуемых структурах в сильных магнитных полях при низких температурах. Обнаружен пик в дифференциальной проводимости структур при нулевом напряжении смещения в магнитных полях, превышающих магнитное поле полного подавления джозефсоновского тока в структурах. При напряжениях смещения, соответствующих энергиям меньше величины сверхпроводящей щели, дифференциальная проводимость структур осциллирует при изменении магнитного поля в области сильных магнитных полей. Обнаружено расщепление пика проводимости при нулевом напряжении смещения в сильных магнитных полях (B>1T) и немонотонная зависимость расщепления пика от магнитного поля. Проведены теоретические расчеты энергетических спектров подщелевых состояний в структурах в сильных магнитных полях. Теоретические расчеты хорошо согласуются с полученными экспериментальными данными. Изготовлены управляемые эффектом поля гибридные структуры Al/InAs-нанопроволока/Al. Исследованы вольт-амперные характеристики и дифференциальная проводимость структур в поперечном магнитном поле при различных температурах. В структурах Al/InAs-нанопроволока/Al, при положительных затворных напряжениях, соответствующих высоким концентрациям носителей заряда в InAs-нанопроволоках, индуцированная в InAs сверхпроводящая щель близка к сверхпроводящей щели алюминия. С уменьшением напряжения на затворе наблюдается существенное уменьшение индуцированной щели. Экспериментальная зависимость индуцированной щели от затворного напряжения хорошо описывается в рамках модели прямоугольного потенциального барьера на поверхности Al/InAs-нанопроволока. Проведены экспериментальные исследования сверхпроводящего транспорта в планарных субмикронных джозефсоновских SNFS контактах (Al-Cu/Fe-Al) в условиях спиновой инжекции в область слабой связи контакта. Обнаружена немонотонная зависимость критического тока в джозефсоновском SNFS контакте от тока инжекции. Предложена теоретическая модель, объясняющая немонотонную зависимость критического тока от тока инжекции переходами между 0 и pi-состояниями в джозефсоновских SNFS контактах, возникающими вследствие подавления наведенной сверхпроводимости в N слое за счет эффекта близости с ферромагнетиком и инжекции спин-поляризованного тока. Теоретические расчеты в рамках предложенной модели качественно согласуются с экспериментальными данными. Экспериментально исследованы дифференциальные вольт-амперные характеристики SNFS структур в условиях спиновой инжекции. В дифференциальном сопротивлении SNFS структур наблюдается раздвоенная особенность при напряжениях, соответствующих энергиям вблизи сверхпроводящей щели. Спиновая инжекция подтверждена расчетами для конкретной геометрии структур и материалов. В перпендикулярном магнитном поле, близком к коэрцитивному полю ферромагнетика, раздвоенная особенность переходит в одинарную. Проведены исследования электронного транспорта в планарных гибридных структурах c джозефсоновскими SNS переходами (Al-Cu-Al) и инжекторами квазичастиц из ферромагнетика (Fе) при низких (30mK -1.2K) температурах. Экспериментально определены длины релаксации зарядового разбаланса при низких температурах в исследуемых структурах. Проведены исследования электронного транспорта в тонких эпитаксиальных пленках топологических изоляторов (Bi1-xSbx)2Te3. Изучены магнитопроводимость и холловское сопротивление пленок (Bi1-xSbx)2Te3 при низких температурах и обнаружен переход от проводимости электронного типа к проводимости дырочного типа при x(Sb)=0.43. Обнаружены осцилляции Шубникова - де Гааза в продольном сопротивлении в эпитаксиальных пленках Sb2Te3. Изготовлены планарные гибридные структуры сверхпроводник/ топологический изолятор/ сверхпроводник на основе тонких пленок топологических изоляторов Bi2Te2Se и (Bi1-xSbx)2Te3 и ниобиевых электродов. Разработана схема измерений ток-фазовых соотношений в джозефсоновских структурах с малым критическим током с использованием несимметричного двухконтактного СКВИДа. Разработаны методы аналитического и численного расчетов, позволяющие восстанавливать ток-фазовое соотношение исследуемых джозефсоновских структур из эксперимента. Работоспособность экспериментальной методики и теоретического подхода подтверждены исследованием тестовых джозефсоновских структур ниобий - алюминий/оксид алюминия - ниобий с известным ток-фазовым соотношением.