We show that quantum spin fluctuations in inhomogeneous conducting ferromagnets drastically affect the Andreev reflection of electrons and holes at a ferromagnet-superconductor interface. As a result, a strong long-range proximity effect appears, associated with electron-hole spin triplet correlations and persisting on a length scale typical for nonmagnetic materials but anomalously large for ferromagnets. For applications, an important consequence is that this long-range proximity effect permits to create superconducting quantum intetference devices with the Josephson magnetic junction of an anomalous large length.

Індекс рубрикатора НБУВ: В378.1

Рубрики:

Теорії металів та металічних сплавів

Шифр НБУВ: Ж14063 Пошук видання у каталогах НБУВ 

We investigate resonant interaction of conduction electrons with an electromagnetic field that irradiates a point contact between a ferromagnetic and a normal metal in the presence of a strong magnetic field of order 1 T. We show that electron spin-flips caused by resonant absorption and stimulated emission of photons result in a sharp peak in the magnetic-field dependence of the point-contact resistance. The height of the peak is shown to be directly proportional to the net rate of energy transfer to the electromagnetic field in the point contact due to absorption and stimulated emission of photons. Estimations indicate that our theory can serve as a basis for the explanation of recent experiments [A. M. Kadigrobov et al., New J. Phys. 13, 023007 (2011)].

Індекс рубрикатора НБУВ: В377.3

Рубрики:

Магнітні властивості твердих тіл. Магнетики

Шифр НБУВ: Ж14063 Пошук видання у каталогах НБУВ 

We show theoretically that a significant spin accumulation can occur in electric point contacts between two ferromagnetic electrodes with different magnetizations. Under appropriate conditions an inverse population of spin-split electronic levels results in stimulated emission of photons in the presence of a resonant electromagnetic field. The intensity of the emitted radiation can be several orders of magnitude higher than in typical semiconductor laser materials for two reasons. The density of conduction electrons in a metal point conduct is much larger than in semiconductors. The strength of the coupling between the electron spins and the electromagnetic field that is responsible for the radiative spin-flip transitions is set by the magnetic exchange energy and can therefore be very large as suggested by Kadigrobov et al. [Europhys. Lett. 67, 948 (2004)].

We show that nanomechanical shuttling of single electrons may enable qualitatively new functionality if spin-polarized electrons are injected into a nanoelectromechanical single-electron tunneling (NEM-SET) device. This is due to the combined effects of spin-dependent electron tunneling and Coulomb blockade of tunneling, which are phenomena that occur in certain magnetic NEM-SET devices. Two effects are predicted to occur in such structures. The first is a reentrant shuttle instability, by which we mean the sequential appearance, disappearance and again the appearance of a shuttle instability as the driving voltage is increased (or the mechanical dissipation is diminished). The second effect is an enhanced spin polarization of the nanomechanically assisted current flow.

Quantum dynamics and kinetics of electrically gated graphene ribbons with lateral n - p and n - p - n junctions under magnetic field are investigated. It is shown that the snake-like states [C.W.J. Beenakker, Rev. Mod. Phys. 80, 1337 (2008)] of quasiparticles skipping along the n - p interface oscillations of the conductance of a ribbon with an n - p - n junction are predicted and analytically calculated. Depending on the number of junctions inside the ribbon its magneto-resistance may be controllably changed by 50 - 90 % by an extremely small change of the magnetic field or the gate voltage.

The charge transport in a dirty 2-dimensional electron system biased in the presence of a lateral potential barrier under magnetic field is theoretically studied. The quantum tunnelling across the barrier provides the quantum interference of the edge states localized on its both sides that results in giant oscillations of the charge current flowing perpendicular to the lateral junction. Our theoretical analysis is in a good agreement with the experimental observations presented in W. Kang et al., Lett. Nature 403, 59 (2000). In particular, positions of the conductance maxima coincide with the Landau levels while the conductance itself is essentially suppressed even at the energies at which the resonant tunnelling occurs and hence these puzzling observations can be resolved without taking into account the electron-electron interaction.

Використано техніку функцій Гріна для отримання граничних умов та аналізу координатної залежності хвильової функції відбитої квазічастинки у графені та двовимірному електронному газі у разі, коли кристалічна гратка має різку межу. Показано, що відбита хвильова функція містить доданки, величина яких є оберненопропорційною відстані до межі гратки графена. На базі теорії збурень у виродженому випадку виведено рівняння Дірака та отримано імпульсну залежність хвильової функції квазічастинки поблизу кінцевої точки спектру в термінах незбурених функцій Блоха в точках виродження. Розвинене наближення надає можливість сформулювати критерій справедливості рівняння Дірака відносно простим способом.

Динаміку квазічастинок у графені з домішками та гострими краями розглянуто за допомогою kp-методу, який допускає єдиний підхід без використання будь-якої моделі. Цим методом отримано рівняння Дірака та Вейля. Хвильову функцію та її обвідну, а також амплітуду розсіяння отримано в наближенні Борна. Показано, що хвильові функції є суперпозицією віртуальних блохівських функцій, які експоненціально загасають від домішки до краю. На відстанях, які набагато перевищують міжатомні, хвильові функції представлені в явному вигляді. Виведено функції Гріна для рівнянь Шредінгера та Дірака, а також граничні умови в рівнянні Дірака для графену з гострим краєм.