ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΟΣ ΥΠΕΡΑΓΩΓΟΥ (ΥΑ) ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΣΙΔΗΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ (ΣΜ) ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ: ΕΣΤΙΑΖΟΝΤΑΣ ΣΕ ΕΠΙΠΕΔΕΣ ΤΡΙΣΤΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΝΑΝΟΔΟΜΕΣ ΤΥΠΟΥ ΣΜ/ΥΑ/ΣΜ - Αριστομενοπούλου, Ειρήνη (Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2016)
Η παρούσα διδακτορική έρευνα εστιάζεται στην μελέτη των ιδιοτήτων μεταφοράς του υπεραγώγιμου υμενίου στις τριστρωματικές νανοδομές (ΤΝ) Σιδηρομαγνήτης/Υπεραγωγός/Σιδηρομαγνήτης (ΣΜ/ΥΑ/ΣΜ) παρουσία παράλληλου εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Τα βασικά φαινόμενα που παρατηρούνται σε αυτές τις ΤΝς είναι το φαινόμενο του υπεραγώγιμου διακόπτη-σπιν (superconducting spin-valve effect (sSVE)) και το φαινόμενο της υπεραγώγιμης μαγνητοαντίστασης (superconducting magnetoresistance effect (sMRE)). Τα sSVE και sMRE, παρόλο που είναι διαφορετικής φύσης, αναφέρονται στην τροποποίηση των ιδιοτήτων μεταφοράς του ΥΑ υμενίου και υποκινούνται από την παράλληλη-στο-επίπεδο και κάθετη-στο-επίπεδο συνιστώσα της μαγνήτισης των εξωτερικών ΣΜ υμενίων, αντίστοιχα. Αναλυτικές μετρήσεις της μαγνήτισης και της μαγνητοαντίστασης πραγματοποιήθηκαν σε ΤΝς Co(dCo)/Nb(dNb)/Co(dCo) με πάχη dCo=10-200 nm και dNb=13-50 nm. Η ανισοτροπία σχήματος (που είναι εξωγενής ιδιότητα των ΣΜ υμενίων) και ο μηχανισμός πόλωσης ανταλλαγής (που επιβάλλεται μέσω ενός επιπλέον αντισιδηρομαγνητικού υμενίου CoO που προστέθηκε σε επιλεγμένες ΤΝς) χρησιμοποιήθηκαν για την κατανόηση των φυσικών μηχανισμών που σχετίζονται με τα φαινόμενα αυτά. Βασιζόμενοι σε πειραματικά δεδομένα ανακαλύψαμε τις παραμέτρους που επηρεάζουν την ένταση του sMRE, αυτές είναι: α) η δομή των μαγνητικών τομέων των ΣΜ υμενίων, β) η διαφορά των συνεκτικών πεδίων των εξωτερικών ΣΜ υμενίων, γ) η απόσταση των ΣΜ υμενίων και δ) η ποιότητα του ΥΑ υμενίου. Επιπλέον, σε ΤΝς Co/Nb/Co που αποτελούνται από παχιά υμένια Co, όπου κυριαρχεί η κάθετη-στο-επίπεδο μαγνητική ανισοτροπία, παρατηρήσαμε μια σημαντική επανείσοδο (reentrance) στην γραμμή του άνω κρίσιμου πεδίου του ΥΑ, Hc2(T), στην περιοχή των μικρών πεδίων και σε θερμοκρασίες κοντά στην κρίσιμη θερμοκρασία. Αναφορικά με την βελτιστοποίηση του sMRE, προτείνουμε: α) ένα θεωρητικό μοντέλο που βασίζεται σε θεωρητικές προσομοιώσεις των εγκάρσιων διαφευγόντων διπολικών πεδίων, Hz,dip, που εμφανίζονται στο κέντρο των κάθετων-στο-επίπεδο μαγνητικών τομέων (ΜΤ) για ομογενή και ανομοιογενή μικρομαγνητικά χαρακτηριστικά (μαγνήτιση κόρου, Msat και πλάτος ΜΤ, DMΤ) και β) ένα φαινομενολογικό μοντέλο που βασίζεται σε πειραματικά δεδομένα και ενσωματώνει τις μακροσκοπικές παραμέτρους και τα μικροσκοπικά χαρακτηριστικά μεγέθη των ΥΑ (κρίσιμη θερμοκρασία ΥΑ, Tc, πλάτος υπεραγώγιμης μετάβασης, ΔTc, μήκος συσχέτισης σε μηδέν θερμοκρασία, ξ(0)) και των ΣΜ (πλάτος των ΜΤ, DΜΤ και πλάτος των τοιχωμάτων των ΜΤ, DΤΜΤ) συστατικών. Επίσης, βρήκαμε τις κρίσιμες παραμέτρους για τον διαχωρισμό του sSVE από το sMRE. Τέλος, ερευνήσαμε πώς οι ιδιότητες μεταφοράς των ΤΝ ΣΜ/ΥΑ/ΣΜ μπορούν να εφαρμοστούν για το σχεδιασμό διατάξεων που έχουν ως βάση τον ΥΑ και λειτουργούν σε κρυογενικό περιβάλλον. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αποδεικνύουν ξεκάθαρα την ελεγχόμενη μεταβολή των ιδιοτήτων μεταφοράς ενός YA με τη χρήση ΣΜ συστατικών και αναδεικνύουν τους φυσικούς μηχανισμούς που υποκινούν την εμφάνιση των sSVE και sMRE στις ΤΝς ΣΜ/ΥΑ/ΣΜ.