Charge and spin supercurrents in magnetic Josephson junctions with spin filters and domain walls

凝聚态物理 约瑟夫森效应 物理 超导电性 自旋(空气动力学) 皮约瑟夫森结 库珀对 铁磁性 自旋极化 电子 方向(向量空间) 量子力学 几何学 热力学 数学
作者
Samme M. Dahir,A. F. Volkov,Ilya Eremin
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (9) 被引量:5
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.094517
摘要

We analyze theoretically the influence of domain walls (DWs) on the DC Josephson current in magnetic superconducting S$_{m}$/Fl/F/Fl/S$_{m}$ junctions. The Josephson junction consists of two "magnetic" superconductors S$_{m}$ (superconducting film covered by a thin ferromagnetic layer), spin filters Fl and a ferromagnetic layer F with or without DW (DWs). The spin filters Fl allow electrons to pass with one specific spin orientation, such that the Josephson coupling is governed by a fully polarized long-range triplet component. In the absence of DW(s), the Josephson and spin currents are nonzero when the right and left filters, Fl$_{r,l}$, pass electrons with equal spin orientation and differ only by a temperature-independent factor. They become zero when the \textbf{spins} of the triplet Cooper pairs passing through the Fl$_{r,l}$ have opposite directions. Furthermore, for the different chiralities of the injected triplet Cooper pairs the spontaneous currents arise in the junction yielding a diode effect. Once a DW is introduced, it reduces the critical Josephson current $I_{c}$ in the case of equal spin polarization and makes it finite in the case of opposite spin orientation. The critical current $I_{c}$ is maximal when the DW is in the center of the F film. A deviation of the DW from the center generates a force that pushes the DW to the center of the F film. In addition, we consider the case of an arbitrary number $N$ of DW's, with the case $N=2$ corresponding to a model system for a magnetic skyrmion.
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