Growth optimization of TaN for superconducting spintronics

凝聚态物理 自旋电子学 超导电性 磁化 准粒子 材料科学 铁磁性 自旋霍尔效应 铁磁共振 物理 磁场 电子 自旋极化 量子力学
作者
Manuel Müller,Raphael Hoepfl,Lukas Liensberger,Stephan Geprägs,Hans Huebl,Mathias Weiler,Rudolf Groß,Matthias Althammer
出处
期刊:Materials for quantum technology [IOP Publishing]
卷期号:1 (4): 045001-045001 被引量:10
标识
DOI:10.1088/2633-4356/ac2e14
摘要

Abstract We have optimized the growth of superconducting TaN thin films on SiO 2 substrates via dc magnetron sputtering and extract a maximum superconducting transition temperature of T c = 5 K as well as a maximum critical field μ 0 H c2 = (13.8 ± 0.1) T. This material is of interest for both different fields of quantum technology and superconducting spintronics as it represents a magnetic field-robust superconductor with strong spin–orbit interaction (SOI). After presenting the results of the growth optimization, we investigate in the second part the impact of the strong SOI in TaN on superconductor/ferromagnet heterostructures. To this end, we analyze the magnetization dynamics of both normal state and superconducting TaN/Ni 80 Fe 20 (permalloy, Py)-bilayers as a function of temperature using broadband ferromagnetic resonance spectroscopy. In particular, we quantify the inverse current-induced torques of the bilayers and compare these results to NbN/Py-bilayers. In the normal state of TaN, we detect a positive damping-like current-induced torque σ d from the inverse spin Hall effect and a small field-like torque σ f attributed to the inverse Rashba–Edelstein effect at the TaN/Py-interface. In the superconducting state of TaN, we detect a negative σ d attributed to the quasiparticle mediated inverse spin Hall effect (QMiSHE) and the unexpected manifestation of a large positive field-like σ f of unknown origin matching our previous results for NbN/Py-bilayers. The QMiSHE can be used to probe spin currents in emergent quantum materials.
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