诺森超导中的纳米科学和工程

1 Guided Vortex Motion and Vortex Ratchets
in Nanostructured Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Alejandro V. Silhanek, Joris Van de Vondel,
and Victor V. Moshchalkov
1.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Equation of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Guided Vortex Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.1 Transverse Electric Field and Guided Vortex Motion.. . . . . . 5
1.3.2 Experimental Results and Theoretical Investigations .. . . . . . 6
1.4 Ratchets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.1 Basic Ingredients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.2 Experimental Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.3 Experimental Results and Theoretical Investigations .. . . . . . 15
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 High-Tc Films: From Natural Defects to Nanostructure
Engineering of VortexMatter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Roger W¨ordenweber
2.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 Vortex Matter in High-Tc Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.1 Vortex Motion in Ideal Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.2.2 Flux Pinning and Summation Theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.. Pinning Mechanism in HTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
. Vortex Manipulation in HTS Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
..1 Vortex Manipulation via Artificial Structures . . . . . . . . . . . . . . . 36
..2 Theoretical Considerations of Vortex
Manipulation via Antidots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
.. Experimental Demonstration.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4 Vortex Matter in Superconducting Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.1 Low-Frequency Noise in SUs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4.2 Vortex Matter in Microwave Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.5 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3 Ion Irradiation of High-Temperature Superconductors
and Its Application for Nanopatterning .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Wolfgang Lang and Johannes D. Pedarnig
3.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2 Defect Creation by Ion Irradiation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2.1 Methods .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.2.2 Ion Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.. Ion Energy Dependence .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.4 Angle Dependence.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.5 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.3 Electrical Properties after Ion Irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3.1 Brief Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3.2 Experimental Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.3.3 Resistivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.3.4 Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.3.5 Long-term Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.4 Nano-patterning by Masked Ion Beam Irradiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.4.1 Previous Attempts to Nanopatterning of HTS . . . . . . . . . . . . . . 98
3.4.2 Computer Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.4.3 Experimental Patterning Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
3.5 Conclusions and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
4 Frontiers Problems of the Josephson Effect: From
Macroscopic ntum Phenomena Decay
to High-TC Superconductivity .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Antonio Barone, Floriana Lombardi, and Francesco Tafuri
4.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
4.2 Grain Boundary Junctions: The Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
4.3 Retracing d-wave Order Parameter Symmetry
in Josephson Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
4.4 Macroscopic ntum Phenomena in Josephson
Systems: Fundamentals and Low Critical Temperature
Superconductor Junctions.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
4.4.1 Resistively and Capacitively Shunted Junction
Model and the "Washboard" Potential. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
4.4.2 Macroscopic ntum Tunnelling (MT)
and Energy Level ntization (EL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
4.4.3 Developments of ntum Measurements
forMacroscopic ntum Coherence Experiments . . . . . . . .118
4.5 Macroscopic ntum Effects in High-TC Josephson
Junctions and in UnconventionalConditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
4.5.1 Macroscopic ntum Phenomena
in High-TC Josephson Junctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
4.5.2 Switching Current Statistics in Moderately
Damped Josephson Junctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
4.5.3 MT CurrenBisMaton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
4.6 Mesoscsopic EffecsndCherence in HTS
Nanostructures.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
4.7 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
5 Intrinsic Josephson Tunneling in High-Temperature
Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
A. Yurgens and D. Winkler
5.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
5.2 Sample Fabrication .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
5.2.1 Simple Mesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
5.2.2 Flip-Chip Zigzag Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
5.. Other Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
5.3 Electrical Characterization .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
5.3.1 I-V Curves of Intrinsic Josephson Junctions in Bi2212 . . . .143
5.3.2 Critical Current Density of Individual CuO Plane . . . . . . . . . .144
5.3.3 Superconducting Critical Current
of Individual CuO Planes in Bi2212 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
5.3.4 Tunneling Spectroscopy .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
5.3.5 THz Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152
5.3.6 Joule Heating in Mesas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155
5.3.7 The C-Axis Positive and Negative Magneto-
Resistance in a Perpendicular Magnetic
Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157
5.4 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
6 Stacked Josephson Junctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
S. Madsen, N.F. Pedersen, and P.L. Christiansen
6.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
6.2 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
6.2.1 Numerical Method .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
6.2.2 Analytic Solutions .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
6.3 Bunching of Fluxons .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
6.3.1 Bunching due to Coupling Between Equations . . . . . . . . . . . . .170
6.3.2 Bunching due to Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .175
6.3.3 External Microwave Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178
6.3.4 External Cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179
6.4 ExperimentalWork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184
6.5 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
7 Point-Conc Sectroscopy of Multigap Superconductors . . . . . . . . . . . . . .187
P. Samuely, P. Szab?o, Z. Pribulov?a, and J. Kaˇcmarˇc??k
7.1 Point-Contact Andreev Reflexion Spectroscopy .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188
7.2 Two Gaps in MgB2 and Doped MgB2 Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
7.2.1 MgB2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
7.2.2 Aluminum and Carbon-DopedMgB2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
7.3 Multiband Superconductivity in the 122-type Iron Pnictides . . . . . . . .203
7.4 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208
8 Nanoscale Structures and Pseudogap in Under-doped
High-Tc Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211
M. Saarela and F.V. Kusmartsev
8.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211
8.2 Microscopic Origin of Two Types of Charge Carriers. . . . . . . . . . . . . . . .214
8.3 Pseudogap and Two Types of Charge Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220
8.4 Nanostructures in STM Measurements.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225
8.5 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228
9 Scanning Tunneling Spectroscopy of High Tc Cuprates . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Ivan Maggio-Aprile, Christophe Berthod, Nathan Jenkins,
Yanina Fasano, Alexandre Piriou, and ?ystein Fischer
9.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
9.2 Basic Principles of the STM/STS Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
9.2.1 Oraig Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
9.2.2 Topography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.. Local Tunneling Spectroscopy .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
9.2.4 STS of Superconductors.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
9.3 Spectral Characteristics of HTS Cuprates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.1 General Spectral Features of HTS Cuprates. . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3.2 Superconducting Gap and Pseudogap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.4 Revealing Vortices and the Structure
of their Cores by STS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240
9.4.1 Vortex Matter in Conventional Superconductors .. . . . . . . . . . .241
9.4.2 Vortex Matter in HTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .242
9.4.3 Electronic Structure of the Cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243
9.5 Local Electronic Moatons seen by STM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246
9.5.1 Local Moatons of the Superconducting Gap . . . . . . . . . . . .247
9.5.2 Local Moatons of the DS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249
9.5.3 Summary .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .252
10 Scanning Tunnelling Spectroscopy of Vortices
with Normal and Superconducting tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257
J.G. Rodrigo, H. Suderow, and S. Vieira
10.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257
10.2 Experimental: Low Temperature STM
with Superconducting tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259
10.2.1 Low Temperature STM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259
10.2.2 Tips Preparation and Characterization.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260
10.. Spectroscopic Advantages of Superconducting tips . . . . . . . .262
10.3 Vortices Studied by STS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .265
10.3.1 The Vortex Lattice: General Properties
and Visualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .265
10.3.2 NbSe2 Studied with Normal
and Superconducting tips. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
10.3.3 NbSe2 vs. NbS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269
10.3.4 The Vortex Lattice in thin Films: A 2D Vortex Lattice . . . . .271
10.4 Other Scenarios for the Interplay of Magnetism
and Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273
10.5 Summary and Prospects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .278
11 Surface Superconductivity Controlled by Electric Field . . . . . . . . . . . . . . . . .281
Pavel Lipavsk?y, Jan Kol?aˇcek, and Klaus Morawetz
11.1 Introduction.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
11.2 Limit of Large Thomas-Fermi Screening Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282
11.3 de Gennes Approach to the Boundary Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .284
11.4 Link to the Limit of Large Screening Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287
11.5 Electric Field Effect on Surface Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . .289
11.5.1 Nucleation of Surface Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289
11.5.2 Solution in Dimensionless Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290
11.5.3 Surface Energy.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293
11.6 Magneto-capacitance .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294
11.6.1 Discontinuity in Magneto-capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .295
11.6.2 Estimates of Magnitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .295
11.7 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .297
12 Polarity-Dependent Vortex Pinning
and Spontaneous Vortex-Antivortex Structures
in Superconductor/Ferromagnet Hybrids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299
Simon J. Bending, Milorad V. Miloˇsevi?c,
and Victor V. Moshchalkov
12.1 Introduction.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299
12.2 Theoretical Description of F-S Hybrids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300
12.2.1 Ginzburg-Landau Theory .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300
12.2.2 London Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304
1. Experimental Results. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307
1..1 Scanning Hall Probe Imaging .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307
1..2 Low Moment Dot Arrays with Perpendicular
Magnetisation .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .308
1.. High Moment Dot Arrays with Perpendicular
Magnetisation .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .311
1..4 High Moment Arrays with In-Plane Magnetisation. . . . . . . . .315
12.4 Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321
13 Superconductor/Ferromagnet Hybrids: Bilayers
and Spin Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
J. Aarts, C. Attanasio, C. Bell, C. Cirillo, M. Flokstra,
and J.M.v.d. Knaap
13.1 Introduction.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
13.2 Some History of the Field. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324
13.3 Sample Preparation and Ferromagnet Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . .327
13.4 Interface Transparency .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .329
13.5 Domain Walls in S/F Bilayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333
13.5.1 DomainWalls in Nb/Cu43Ni57 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334
13.5.2 DomainWalls in Nb/Py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .336
13.6 On the Superconducting Spin Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .339
13.6.1 Spin Switch Effects with CuNi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340
13.6.2 Spin Switch Effects with Py . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341
13.7 Concluding Remarks .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .343
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .345
14 Interplay Between Ferromagnetism and
Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .349
Jacob Linder and Asle Sudb?
14.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .349
14.2 Artifical Synthesis: FjS Hybrid Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351
14.2.1 Basic Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .351
14.2.2 siclassical Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355
14.. FjS Bilayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361
14.2.4 SjFjS Josephson Junctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365
14.2.5 FjSjF Spin-valves .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .369
14.2.6 Future Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .373
14.3 Intrinsic Coexistence: Ferromagnetic Superconductors . . . . . . . . . . . . . .374
14.3.1 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .374
14.3.2 Phenomenological Framework .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .376
14.3.3 Probing the Pairing Symmetry .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .383
14.3.4 Future Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .384
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .385
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .389

作为节能技术，更高能的超导材料成为必要。这些材料可以从纳米单元中发展起来。本书讲述了如何用纳米技术和纳米尺度的磁模板来修正超导物质。内容包括基本纳米效应、涡旋、涡旋-反涡旋模型、涡旋动力学、约瑟夫森现象和临界电流等。本书适合本领域的研究者和阅读。