Supercurrent Induced Proximity Effects at Spin-Orbit Coupled Interfaces

Abstract

Proksimitetseffekt fra å sammenkoble superledere med andre materialer er et aktivt forskningsfelt. Kvanteeffekter som oppstår i slike grensesjikt er interessante både fra et rent teoretisk perspektiv for å forstå fundamental fysikk, og fra et praktisk perspektiv for anvendelser innen kvanteinformasjon. De siste to tiårene har proksimitetseffekter fra kombinasjoner av superledere og ferromagneter vakt stor interesse. I en vanlig superleder er Cooper-parene koblet sammen i singlet spinnpar, men i koblingene mellom superledere og ferromagneter kan også triplet Cooper-par oppstå. At disse triplettene er spin-polariserte gjør de relevante for spintronikkanvendelser.

I denne oppgaven er kvasiklassisk teori brukt til å studere proksimitetseffekter fra superstrømmer i kombinasjon med spinn-bane koblede grensesjikt. Dette er studert både numerisk og analytisk. Singlett-, triplett- og spinn-strøm settes opp ved bruk av konvensjonelle singlett superledere i kombinajson med spinn-aktive grensesjikt. Et normalt metall festes til det strømførende materialet, separert med et tynt lag med spinn-bane kobling materiale. Indusert magnetisering i det normale ble studert.

Det ble funnet at vinkelen mellom magnetiseringene i de spin-aktive grensesjiktene og det tilkoblede normale metallet påvirker magnetiseringen i det normale metallet. Videre kan den induserte magnetiseringen brukes til å skille mellom singlett-, triplett- og spinn-strøm.

Proximity effects from interfacing superconductors with other materials is an active field of research. Quantum effects occurring in such interfaces are of interest both from a theoretical perspective of understanding fundamental physics and for application in the field of quantum information. In the last two decades, particular interest has been found in proximity effects from combining ferromagnets with superconductors. Whereas a conventional superconductor contains singlet Cooper pairs, the combination of conventional superconductors and ferromagnets also induces spin-triplet Cooper pairs. Since these triplets can carry spin polarization they are highly relevant for the field of spintronics.

In this thesis, quasiclassical theory was used to perform an analytical and numerical study of proximity effects caused by supercurrents in combination with a spin-orbit coupled interface. Singlet supercurrents, triplet supercurrents, and spin supercurrents were created using conventional singlet superconductors in combination with spin-active interfaces. A normal metal was attached to the current-carrying material, separated by a thin layer of spin-orbit coupled material. Induced magnetization in the normal metal was studied.

We have found that the angle between the spin-active interface magnetization and the attached normal metal affects the induced magnetization. Moreover, we found that the different currents depend differently on this angle. By this, we found induced magnetization that can be used to distinguish singlet, triplet, and spin currents.