Гибридные системы сверхпроводник-полупроводник-магнетик

С самого начала, со времен теории Гизбурга-Ландау, было ясно, что одной из основых величин в теории сверхпроводимости является фаза phi конденсатной волновой функции Psi = |Psi|e^{i phi}. Со времени появления теории БКШ известно, что причина сверхпроводимости - куперовское межэлектронное взаимодействие сильное при малом суммарном импульсе электронов. С открытия эффекта Джозефсона разрабытывается наука о слабой сверхпроводимости в одиночном туннельном контакте, сужении, тонкой проволоке, очень тонкой пленке, и прочих сверхпроводящих структурах пониженной размерности, т.е., на современном языке, мезоскопических объектах. Более того, обсуждавшиеся выше эффекты, связанные с фазовой когерентностью электронной волновой функции в нормальных металлах и полупроводниках, имеют много общего с феноменом куперовской неустойчивости, ведущей к сверхпроводимости. Поэтому почти вся проблематика мезоскопических явлений, описаная выше, как бы повторяется еще раз в варианте "плюс сверхпроводимость".

Природа сверхпроводимость в низкоразмерных системах с сильным электрон-электронных взаимодействием таит еще много загадок. Совсем недавно удалось экспериментально доказать что в одном из низкоразмерных органических сверхпроводников, электроны спариваются с одинаковыми а не противоположными спинами (так называемая триплетная сверхпроводимость). В результате этого, например, сверхпроводимость может усиливаться, а не разрушаться внешним магнитным полем. Подобное спаривание наблюдается в системе сильно взаимодействующих атомов He3, приводя к сверхтекучести при сверхнизких температурах; физика этой сверхтекучей фазы далеко не полностью изучена.

Вполне естественно, что при рассмотрении сверхпроводниковых туннельных контактов приходится еще раз вспомнить о явлении кулоновской блокады, которая в данном случае может стать причиной новых удивительных явлений, связанных с квантовым туннелированием макроскопических состояний и возникновением когерентных состояний, т.е. макроскопических двухуровневых систем, подобных частице со спином 1/2. Как и в "нормальных" грязных металлах, в мезоскопических сверхпроводниках с примесями существуют сильные флуктуации термодинамических и кинетических величин. Задача последовательного одновременного анализа эффектов локализации, кулоновского взаимодействия и сверхпроводящего спаривания пока еще далека от решения. Однако, есть много весьма интересных частных случаев, в которых удается продвинуться. К таковым относится проблема транспорта в S-N и S-N-S структурах, где N - грязный металл, далекий, однако, от порога локализации. Определяющим эффектом здесь является андреевское отражение электрона, падающего на поверхность сверхпроводника, когда отраженная частица оказывается дыркой (эффект предсказан А.Андреевым из ИФП им. Капицы в 1964 г. и в последнее время очень активно исследуется экспериментально). Интерференция электронов в нормальной области вблизи сверхпроводника приводит к фазовой чувствительности проводимости, и ее существенной нелокальности при низких температурах (обычный закон сложения сопротивлений при последовательном соединении здесь уже не выполняется - более того, полное сопротивление цепи может расти при уменьшении сопротивления одной из ее частей!).

 

 

главная     о центре     кафедры     исследования     обучение    публикации      контактная информация