Композитные магноны в тонкопленочных гетероструктурах сверхпроводник/(антиферромагнетик)

Возможность управлять законом дисперсии спиновых волн является одним из важнейших требований для инжиниринга магнонных устройств. Мы показываем, что тонкопленочные гибридные структуры, состоящие из ферромагнитного (F) или антиферромагнитного (AF) изолятора и сверхпроводника (S) или нормального металла (N) имеют широкие перспективы в этой области. Из-за наличия поверхностного обменного взаимодействия между магнитным изолятором и металлом в последнем наводится эффективное обменное поле, которое повторяет профиль намагниченности магнетика с учетом магнона. Это приводит к появлению спиновой поляризации квазичастиц сверхпроводника и генерации триплетных куперовских пар в нем. Причем спиновая поляризация квазичастиц не сонаправлена с локальным обменным полем (эффект динамического запаздывания), а поэтому создает вращательный момент, действующий на намагниченность магнетика. Кроме того, магнон с ненулевым волновым вектором создает вокруг себя облако триплетных куперовских пар электронов с одинаковыми спинами, которые одевают его, увеличивая его эффективную массу и экранируя его спин. В структурах с ферромагнетиком и антиферромагнетиком в силу различия их характерных частот (ГГц для ферромагнетиков и ТГц для антиферромагнетиков) описанные выше процессы играют разную роль и влияние сверхпроводника на магнетик выглядит по-разному. В типичном ферромагнетике основное влияние оказывают спин-триплетные пары. Они одевают магнон, увеличивают его массу и экранируют спин. Для структур с антиферромагнитным изолятором в перенормировке спектра магнонов участвуют как поляризация квазичастиц, так и спин-триплетные пары. В отличие от ферромагнетика, спектр магнонов в антиферромагнетике содержит две моды, которые для антиферромагнетика типа легкая ось вырождены по энергии при нулевом приложенном магнитном поле. Взаимодействие со сверхпроводником приводит к снятию этого вырождения. Одним из интересных практических результатов нашей работы является предложение способа прямого измерения обменного поля, наведенного магнетиком в сверхпроводнике (или нормальном металле, который рассмотрен как предельный случай сверхпроводника при высокой температуре).