تغییر خواص لایهی فرومغناطیسی قرارگرفته بین دو انبارهی ابررسانا
چکیده
سامانه های مزوسکوپیکی به سامانه هایی که از نظر مقیاس بین دو حد میکروسکوپیکی و ماکروسکوپیکی قرار دارند گفته می شود. اندازه ی این سامانه ها از مرتبه ی نانو-متر می باشند. در سال های اخیر سامانه های شامل ابررساناها و پیکربندی های اسکوئیدی نانو-مقیاس مورد توجه فراوانی قرار گرفته اند. دلیل این توجه زیاد، کاربردهای اساسی این گونه پیکربندی های مزوسکوپیکی در دستگاه های فوق حساس صنعتی و نظامی می باشد. هنگامی که یک ابررسانا در مجاورت با یک فلز معمولی یا فرومغناطیسی قرار می گیرد، همبستگی های ابررسانایی به داخل قسمت ناابررسانا نشت می کند و باعث تغییرات شدیدی در ویژگی های این قمست می شود که این پدیده به پدیده ی مجاورت معروف است. ابررسانایی با افزایش دما و نیز اعمال میدان مغناطیسی از بین می رود. با توجه به این دو مهم، پیکربندی های شامل ابررسانا و مواد فرومغناطیسی بدلیل اثر مجاورت پدیده های جالبی را از خود نشان می هند. در این سامانه ها هم زیستی ابررسانا و فرومغناطیس باعث ایجاد پدیده هایی از قبیل اختلاف بین تعداد الکترون های اسپین بالا و اسپین پایین، گذار و پیوندگاه-های معروف به پیوندگاه های می شود. برای بررسی و پیشگویی نظری ویژگی های چنین سامانه هایی، با توجه به وجود یا نبود آلودگی در سامانه ی مورد بررسی، باید به ترتیب از رهیافت های بوگولیوبو-دوژن، آیلنبرگر یا یوسادل، استفاده کرد. سامانه های مورد بررسی در این پایان نامه از نوع آلوده می باشند و برای مطالعه ی نظری آن ها از معادلات یوسادل استفاده می کنیم. دو گونه پارامتری کردن معادلات یوسادل یعنی پارامتری کردن و ریکاتی را معرفی می کنیم و از روش ریکاتی بدلیل پایداری بیشتر در محاسبات عددی خود کمک می گیریم. فرض می کنیم که مرزهای ابررسانا و فرومغناطیس از نوع فعال اسپینی باشند و در این مرزها یک لایه ی اکسید که ایجاد مقاومت در برابر جریان می کند نیز وجود داشته باشد. باانجام محاسبات عددی چگالی حالت ها و ابرجریان بینابی را به شکل توابعی از اختلاف فاز بین دو پایانه ی ابررسانای یکتایی و انرژی برای پیکربندی ابررسانا-فرومغناطیس-ابررسانا در شرایط مختلف پیدا می کنیم. جزئیات محاسبات و نتایج مربوط به ویژگی های ترمودینامیکی و الکترونیکی جوزفسونی پیکربندی های ابررسانا-فرومغناطیس-ابررسانا را در رژیم پخشی و برای سه گونه از مغناطش لایه ی فرومغناطیسی ارائه می دهیم. نشان می دهیم که اثر مجاورت چگونه روی ظرفیت گرمای ویژه ی این سامانه ها اثر می گذارد. همچنین نشان می دهیم که پس زمینه ی مغناطیسی لایه-ی فرومغناطیسی می تواند بر این ویژگی ها اثرات قابل توجهی گذارد.در مورد ویژگی های الکترونیکی، جریان جوزفسونی بار الکتریکی و اسپینی گذرنده از این سامانه را برای سه گونه از مغناطش لایه ی فرومغناطیسی محاسبه و ارائه می دهیم. مهمترین و جدیترین نتایج بدست آمده در این پایان نامه، (1) پیش بینی تغییر بسیار زیاد و کنترل پذیر ظرفیت گرمای ویژه ی الکترونی سامانه های ابررسانا-فرمغناطیس-ابررسانا با اختلاف فاز بین دو پایانه ی ابررسانای یکتایی، (2) بدست آوردن چگالی حالت های سامانه برای دو گونه از مغناطش لایه ی فرومغناطیسی و توجیه رفتار ظرفیت گرمای ویژه ی این سامانه براساس چگالی حالت های بدست آمده، (3) پیدایش جریان اسپینی جوزفسون در سامانه هایی که مغناطش لایه ی فرومغناطیسی یکنواخت نیست، و (4) در کنار رابطه ی غیر سینوسی جریان بار جوزفسونی در نزدیکی نقطه ی گذار، جریان اسپینی جوزفسونی از رابطه ی کسینوسی شکلی پیروی می کند.