مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

ابرجریان اسپین قطبیدۀ هم‌صفحه در یک اتصال توپولوژیک جوزفسون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

مرتضی صالحی

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان

https://doi.org/10.47176/ijpr.20.4.21849
چکیده
در این تحقیق، ما یک اتصال توپولوژیک جوزفسون تشکیل شده از ابررسانای عادی و فرومغناطیس بر روی سطح یک عایق توپولوژیک سه بعدی را در نظر گرفتیم و از سازوکار بوگولیوبوف- دوژن استفاده کردیم. اگر مغناطش ناحیۀ فرومغناطیسی به صورت هم‌صفحه اعمال شود و مؤلفۀ عمود بر فصل مشترک فرومغناطیس-ابررسانا داشته باشد، بر روی حالت‌های مقید آندریو اثر گذاشته و با تشکیل یک ناحیۀ آندریو سبب کاهش ابرجریان شارش پیدا کرده در اتصال می‌شود. همچنین، مغناطش هم‌صفحه سبب تغییر آرایش اسپینی حالت‌های هم‌صفحه نیز می‌شود و این تغییر موجب می‌شود تا ابرجریان شارش پیدا کرده در اتصال اسپین قطبیده شود. از آنجایی که حالت‌های دیراک عایق توپولوژیک برهم‌کنش بسیار قوی اسپین-مدار دارند، این اسپین قطبیدگی در صفحۀ اتصال رخ خواهد داد. علاوه‌بر‌آن، ابر جریان اسپین-قطبیده در m_x~∆_0⁄2 به بیشینه مقدار خود می‌رسد. در نهایت، اگر مغناطش مؤلفۀ موازی با فصل مشترک داشته باشد، ابرجریان غیرعادی خواهیم داشت که حتی در غیاب اختلاف فاز ابررسانایی شارش خواهد یافت. تولید ابرجریان اسپین-قطبیده به دلیل این که فاقد اتلاف انرژی است از نقطه نظر کاربردی بسیار حائز اهمیت است و می‌تواند در طراحی دستگاه‌های اسپینترونیکی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

اتصال جوزفسون
ابرجریان اسپین قطبیده
مغناطش هم‌صفحه
ابرجریان غیرعادی
موضوعات

عنوان مقاله English

In-plane spin-polarized supercurrent on the topological Josephson junction

نویسنده English

Morteza Salehi
Physics Department, Bu-Ali Sina University
چکیده English

In this work, we consider a topological Josephson junction that contains conventional superconductors and ferromagnet leads on the surface of three-dimensional topological insulators. We use Bogoliubov-deGennes formalism to show in-plane magnetization with a component perpendicular to the superconductor interface that alters the Andreev bound states and creates an Andreev zone. This effect reduces the magnitude of the supercurrent. Also, magnetization changes the spin arrangement of surface states and creates spin-polarized supercurrent. Because of strong spin-momentum interaction on topological insulators, the spin-polarized supercurrent has in-plane components with maximum value in m_x~Δ_0⁄2. On the other hand, the parallel component of in-plane magnetization creates an anomalous supercurrent that flows in the absence of a superconducting phase difference. The dissipation-less spin-polarized supercurrent has great importance from the application point of view in designing spintronics devices.

کلیدواژه‌ها English

Josephson junction
spin-polarized supercurrent
in-plane magnetization
anomalous supercurrent
  1. P R Wallace, Rev. 71 (1947) 622.
  2. J C Slonczewski and P R Weiss, Rev. 109 (1958) 272.
  3. S Reich, et al., Rev. B 66 (2002) 035412.
  4. K S Novoselov, et al., Science 306 (2004) 666.
  5. K S Novoselov, et al., Nature 438 (2005) 197.
  6. A K Geim and K S Novoselov, Mater. 6 (2007) 183.
  7. A H Castro Neto, et al., Mod. Phys. 81 (2009) 109.
  8. F D M Haldane, Rev. Lett. 61 (1988) 2015.
  9. R Jackiw and P Rossi, Phys. B 190 (1981) 681.
  10. C L Kane and E J Mele, Rev. Lett. 95 (2005) 226801.
  11. C L Kane and E J Mele, Rev. Lett. 95 (2005) 146802.
  12. L Fu and C L Kane, Phys Rev B 76 (2007) 045302.
  13. L Fu, C L Kane and E J Mele, Phys Rev Lett 98 (2007) 106803.
  14. D Hsieh, et al., Nature 452 (2008) 970.
  15. D Hsieh, et al., Nature 460 (2009) 1101.
  16. D Hsieh, et al., Science 323 (2009) 919.
  17. Y Xia, et al., Nat Phys 5 (2009) 398.
  18. M Z Hasan and C L Kane, Rev Mod Phys 82 (2010) 3045.
  19. J Linder, et al., Phys Rev B 81 (2010) 184525.
  20. S Mondal, et al., Phys Rev B 82 (2010) 045120.
  21. Z P Niu, J App. Phys. 108 (2010) 103904.
  22. X-L Qi and S-C Zhang, Mod. Phys. 83 (2011) 1057.
  23. Y Tanaka, T Yokoyama and N Nagaosa, Rev. Lett. 103 (2009) 107002.
  24. J Linder, et al., Rev. Lett. 104 (2010) 067001.
  25. T Yokoyama, Y Tanaka, and N Nagaosa, Rev. B 81 (2010) 121401.
  26. M Salehi, et al., Physica E 43 (2011) 966.
  27. R Beiranvand and M Salehi, Phys. Cond. Matt. (2021)
  28. M Salehi, Physica Scripta 98 (2023) 025822.
  29. A F Andreev, Phys. JETP 19 (1964) 1228
  30. G E Blonder, M Tinkham, and T M Klapwijk, Phys, Rev. B 25 (1982) 4515.
  31. P G deGennes, "Superconductivity of metals and alloys",Westview Press (1966).
  32. J B Ketterson and S N Song, "Superconductivity",Cambridge University (1999).
  33. T Miyazaki and H Jin, "The physics of ferromagnetism",Springer (2012).
  34. F S Bergeret, A F Volkov, and K B Efetov, Mod. Phys. 77 (2005) 1321.
  35. A I Buzdin, Mod. Phys. 77 (2005) 935.
  36. A Manchon, et al., Mod. Phys. 91 (2019) 035004.
  37. J Linder and J W A Robinson, Phys. 11 (2015) 307.
  38. B D Josephson, Lett. 1 (1962) 251.
  39. I Vobornik, et al., letters 11 (2011) 4079.
  40. D Pesin and A H MacDonald, Mater. 11 (2012) 409.
  41. Y S Hor, et al., Rev. Lett. 104 (2010) 057001.
  42. T D Stanescu, et al., Rev. B 81 (2010) 241310.
  43. L Maier, et al., Rev. Lett. 109 (2012) 186806.
  44. M Titov and C W J Beenakker, Rev. B 74 (2006) 041401.
  45. M Maiti and K Sengupta, Phys Rev B 76 (2007) 054513.
  46. M J M de Jong and C W J Beenakker, Phys Rev Lett 74 (1995) 1657.
  47. L Fu and C L Kane, Phys Rev Lett 100 (2008) 096407.
  48. J Linder, et al., Phys Rev B 80 (2009) 094522.
  49. J Linder, et al., Phys Rev Lett 100 (2008) 187004.
  50. A Costa and J Fabian, Rev. B 101 (2020) 104508.
  51. E I Rashba, Rev. B 68 (2003) 241315.
  52. A G Mal'shukov, Rev. B 100 (2019) 035301.

XML
اصل مقاله 795.72 K
فایل‌های تکمیلی/اضافی
13-Salehi - ABS.pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی