超伝導探針を用いた非接触型局所スピン分極率測定に関する理論的研究

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スピントロニクスデバイスの開発に必要となるスピン分極率測定法の1つであるPoint-contact-Andreev-Reflection(PCAR)法は探針に超伝導体を用いるため、精度の良いスピン分極率の測定を行うためには系を極低温に冷やす必要があるという制限を持つ。そこで我々は探針に高温超伝導体を用いることにより、比較的高温において測定を行うことが出来ると考えた。平成24年度では、d波高温超伝導体を考えた強磁性/d波超伝導接合系について、一次元モデルにおけるコンダクタンスのバイアス電圧依存性を様々なスピン分極率の値に対して計算を行った。計算の結果、強磁性体とd波超伝導体におけるフェルミ波数の差より超伝導ギャップの範囲が制限され、その範囲の下限を境としてコンダクタンスの値が変化すること、またギャップの下限は強磁性体の交換エネルギーの関数で与えられることが確かめられた。これは、入射電子のエネルギーがギャップの下限より大きい場合、入射電子は電子のエネルギーより小さなギャップに対しては準粒子としての透過、電子のエネルギーより大きなギャップに対してはAndreev反射を、それぞれ起こす一方で、入射電子のエネルギーがギャップの下限より小さい場合は、電子のエネルギーより小さなギャップは存在しないため、全ての入射電子はAndreev反射しか起こせないこととなり、ギャップの下限より小さなエネルギーを持つ電子は透過が制限されるためである。これより、コンダクタンスが変化するエネルギーの値より交換エネルギーの大きさを見積もることが可能であることが示された。