Vortex jets generated by edge defects in current-carrying superconductor thin strips

涡流 物理 凝聚态物理 条状物 超导电性 磁场 横截面 伦敦贯入深度 兰姆达 相干长度 光学 量子力学 材料科学 机械 工程类 复合材料 结构工程
作者
A. I. Bezuglyj,V. A. Shklovskij,Barbora Budinská,Bernd Aichner,V. M. Bevz,M. Yu. Mikhaı̆lov,D. Yu. Vodolazov,W. Lang,Oleksandr V. Dobrovolskiy
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (21) 被引量:25
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.214507
摘要

At sufficiently large transport currents $I_\\mathrm{tr}$, a defect at the\nedge of a superconducting strip acts as a gate for the vortices entering into\nit. These vortices form a jet, which is narrow near the defect and expands due\nto the repulsion of vortices as they move to the opposite edge of the strip,\ngiving rise to a transverse voltage $V_\\perp$. Here, relying upon the equation\nof vortex motion under competing vortex-vortex and $I_\\mathrm{tr}$-vortex\ninteractions, we derive the vortex jet shapes in narrow ($\\xi\\ll\nw\\lesssim\\lambda_\\mathrm{eff}$) and wide ($w\\gg\\lambda_\\mathrm{eff}$) strips\n[$\\xi$: coherence length, $w$: strip width, $\\lambda_\\mathrm{eff}$: effective\npenetration depth]. We predict a nonmonotonic dependence\n$V_\\perp(I_\\mathrm{tr})$ which can be measured with Hall voltage leads placed\non the line $V_1V_2$ at a small distance $l$ apart from the edge defect and\nwhich changes its sign upon $l\\rightarrow -l$ reversal. For narrow strips, we\ncompare the theoretical predictions with experiment, by fitting the\n$V_\\perp(I_\\mathrm{tr},l)$ data for $1\\,\\mu$m-wide MoSi strips with single edge\ndefects milled by a focused ion beam at distances $l = 16$-$80$\\,nm from the\nline $V_1V_2$. For wide strips, the derived magnetic-field dependence of the\nvortex jet shape is in line with the recent experimental observations for\nvortices moving in Pb bridges with a narrowing. Our findings are augmented with\nthe time-dependent Ginzburg-Landau simulations which reproduce the calculated\nvortex jet shapes and the $V_\\perp(I_\\mathrm{tr},l)$ maxima. Furthermore, with\nincrease of $I_\\mathrm{tr}$, the numerical modeling unveils the evolution of\nvortex jets to vortex rivers, complementing the analytical theory in the entire\nrange of $I_\\mathrm{tr}$.\n
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