Paramagnetic Meissner Effect and Non-Equilibrium Vortices in Superconductor/Normal-Metal Structures

Abstract

Proksimitetseffekten mellom en superleder og et normalt metall fører til at noe av superledningen lekker inn i normalmetallet. Dette betyr at superledende virvler kan oppstå i normalmetallområdet. Vi studerer superleder-normalmetallstrukturer og spesifikt hvordan de superledende virvlene i normalmetallområdet påvirkes av å drive systemet ut av likevekt ved å injisere kvasipartikler, kontrollert av en ekstern spenning. Ved å bruke den kvasiklassiske formalismen utleder vi Usadel-ligningen og løser den for tre forskjellige geometrier, enten analytisk eller numerisk. For alle tre geometriene finner vi at skjermingsstrømmene i virvlene i normalmetallet kan reverseres, som et tegn på en spenningsindusert paramagnetisk Meissner-effekt. I tillegg kan vi kontrollere denne paramagnetiske Meissner-effekten ved å variere den eksterne spenningen. Dermed ser vi at den elektromagnetiske responsen til det proksimerte normalmetallet kan bli kontrollert ved å drive det ut av likevekt.

The proximity effect between a superconductor and a normal metal leads to some of the superconductivity leaking into the normal metal. In the presence of a magnetic field or applied currents, this means that superconducting vortices can arise in the normal metal region. We consider superconductor-normal metal structures and specifically how the superconducting vortices in the normal-metal region are altered by driving the system out of equilibrium by injecting quasiparticles, controlled by an external voltage. Using the quasiclassical formalism we derive the Usadel equation and solve it for three different geometries, either analytically or numerically. For all three geometries, we find that the screening currents in the vortices in the normal metal can be reversed, which is a sign of a voltage-induced paramagnetic Meissner effect. In addition, we can control this paramagnetic Meissner effect by varying the external voltage. This suggests a way in which the electromagnetic response of the proximitzed normal metal can be tuned by driving it out of equilibrium.