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Superredes Superconductor Magné Magnético: NbNb-Co. Néstor Ghenzi 1,2. J. Guimpel 2,1,3. 1 IB, Universidad Nacional de Cuyo y Comisión Nacional de Energía Atómica 2 Centro Atómico Bariloche, Comisión Nacional de Energía Atómica. 3 CONICET Introducción Las superredes se fabrican a través del apilamiento consecutivo de films de dos materiales diferentes en forma alternativa y periódica. La combinación superconductor / magnético resulta atrayente dada la aparente incompatibilidad de estas propiedades. En efecto, dado que el apareamiento de los electrones en la superconductividad se produce con espines opuestos, cualquier interacción de tipo magnética tiende a suprimir en forma muy eficiente el mismo. La posibilidad de poner en íntimo contacto materiales de ambas características sugiere que las interacciones y el intercambio de electrones entre las capas pueden producir efectos novedosos e interesantes. En particular, se encontró una dependencia no monótona de la temperatura de transición con el espesor del material ferromagnético1.. Además, se observó una respuesta paramagnética en la presencia de campos aplicados pequeños2. Propiedades Magnéticas en el estado normal Caracterización estructural: Difracción de Rayos X Espectro a alto ángulo para una superred Nb-Co con tCo = tNb = 10 nm y 20 bicapas. Los picos indican una estructura de crecimiento FCC (100) para el Co y BCC (110) para el Nb. Espectro a bajo ángulo para una superred Nb-Co con tCo = tNb = 3 nm y 16 bicapas. Los picos de superred evidencian buena separación química. La cantidad de picos de “efecto de tamaño” a bajos angulos indican crecimiento homogéneo. Fabricación Superredes de Nb-Co con espesor de Nb de 20 nm y de Co de 1, 2, 3, 4 y 5 nm. fueron crecidas por sputtering a 300K. Los films con espesor de Co menor a 5nm se crecieron con una capa buffer y una cobertura de ~5 nm de Co para evitar posible superconductividad de superficie. A partir de la Ley de Bragg, 2 Λ sin(θ) = n. λrx con λrx=1.54 Å, se obtiene una coincidencia del 10% con los espesores nominales. Ciclo de Histéresis (CH) a 10K de las superredes, H // a la superred. A una temperatura mayor que la temperatura de transición superconductora (Tcs) la respuesta magnética es la de las capas de Co. Según demostró Montón et al 2 existe una capa muerta en cada interfase lo que produce una disminución de la magnetización de saturación (Ms) a menores tco. CH de las muestras con tco =2.5 y 5 nm a 10 K. El CH para tco = 2.5 evidencia el campo coercitivo de los films de 2.5 nm y de las capas buffer de 5 nm. Propiedades Magnéticas en el estado superconductor Mediciones de Transporte CH de las superredes crecidas a 2 K para las muestras con tco=0.7, 1 y 1.5 nm, H ⊥ a la superred. Se observa la respuesta esperada para films superconductores. Resistencia vs. T con H aplicado perpendicular al plano film para una superred con tco=0.7nm, para varios campos. Se observa la variación esperada debido a la dependencia con T del campo crítico. Utilizando el modelo de Bean para el caso de un paralelepípedo, de los CH se calculó la corriente crítica (Jc) Jc = ∆Μ / [a(1-a/3b)] Con ∆M la diferencia de magnetización entre las ramas del CH a un dado campo, a y b las dimensiones del paralelepípedo. Se observa la típica dependencia monótona decreciente de Jc con H. Resistencia vs. T con H aplicado paralelo al plano del film para una superred con tco=0.7nm, para varios campos. Se observa una doble transición con separación que aumenta con H. Esta no es observada en la dirección perpendicular, por lo que no se debe a una inhomogeneidad en la superred. Mediciones de Susceptibilidad AC: Dimensionalidad. Diagrama de fases superconductor H-T para una muestra de tnb=44 nm y tco=10nm con campo magnético aplicado en la dirección perpendicular y paralela. Se observa un comportamiento lineal en la dirección perpendicular del cual se obtiene ζ0 = 100 Å. En la dirección paralela se observa un comportamiento tipo raíz cuadrada. De la fórmula de efecto de tamaño para H c 2 // = 2πξ12 φt 0 (1 − t )1/ 2, se obtiene tnb ≅ 40 nm. 0 Nb Dependencia angular del campo crítico a 0.8 Tcs para la superred con tco. La dependencia angular del onset de la transición superconductora es la predicha para un film delgado por Tinkham indicándonos la existencia de superconductividad de superficie. La dependencia angular de la transición a mitad de altura indica que las capas superconductoras actúan acopladas de acuerdo al modelo de Lawrence y Doniach. En el inset podemos observar el diagrama de fases H-T. Conclusiones De acuerdo a las mediciones de difracción de rayos X los superredes crecidas presentan una interfase entre los dos materiales bien definida. Se caracterizaron las propiedades magnética en el estado superconductor y en el estado normal obteniendo la Ms, los coercitivos y Jc para cada muestra. Los resultados se explican mediante una capa muerta ya vista en referencia 2. Diagrama de fases superconductor H-T para una muestra de tnb=44 nm y tco=0.7 nm con campo magnético aplicado en la dirección perpendicular y paralela. Se observa un comportamiento lineal en las direcciones perpendicular y paralela. Para la dirección perpendicular se obtiene ζ0 = 100 Å. El comportamiento lineal en la dirección paralela indicaría que las capas están acopladas o que se observa superconductividad de superficie. Se midió por medio de susceptibilidad AC el diagrama de fases superconductor H-T. De la misma se obtuvo una longitud de coherencia de 100 Å. Por medio de mediciones de transporte se determinó que para espesores menores que 1 nm de film ferromagnético las capas superconductoras actúan de manera acoplada de acuerdo al modelo de Lawrence y Doniach. Este resultado, junto con los de referencia 2, que muestran comportamiento desacoplado, indican que en este rango de espesores para Co nos encontramos en el límite de acoplamiento, pudiéndose entonces controlar el grado de acoplamiento en la superred. No resulta claro por qué se observa superconductividad de superficie, ya que las superredes han sido cubiertas por capas de Co de 5 nm en ambos extremos. REFERENCIAS 1) Jiang et al, Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 314. 2) Carlos Montón et al . Phys. Rev B 75 (2007)064508
