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关于铁磁性和超导电性的共存很早人们就已经研究,而最近在实验中发现在UGe2,ZrZn2,以及URhGe等化合物中显示出不寻常的超导和铁磁的共存现象,使得对超导铁磁共存的研究重新引起人们的广泛关注。对于两者的共存的研究,将有助于理解和揭示超导的物理本质与机理。本文对大块材料中超导和铁磁共存的可能性,以及在“铁磁/d波超导/铁磁”双隧道结中超导与铁磁的共存进行了研究。本文主要包括以下几个部分:
在第一章绪论中,我们简要地介绍了铁磁超导共存的实验和理论的研究背景以及论文所涉及的一些基本物理概念,包括Fulde—Ferrell-Larkin-Ovchinnikov(FFLO)态,Andreev 反射,Blonder—Tinkham—Klapwijk(BTK)理论。同时,我们也对最近在巡游铁磁性方面的理论和实验的进展进行了概述,关于它的机理仍然存在争议。
在第二章中,我们研究了当超导是 s 波配对对称性时,超导和铁磁都是由同样的电子表现时超导和铁磁的共存可能性。计算表明在均匀系统中超导和铁磁的共存是难以实现的。而且即使考虑超导配对势随空间振荡的非均匀超导体(FFLO态),在超导和铁磁都是由同样的电子表现时这种超导和铁磁的共存同样难以实现的。
在第三章中,我们仍然采用同种电子表现超导电性和铁磁性的自恰模型,研究准二维系统中d波超导和铁磁的共存可能性,发现在零动量配对以及FFLO态下超导电性和铁磁性都难以实现。在本章的后半部分我们讨论了考虑d波超导体的费米能级附近的电子态密度存在范.霍夫奇点,超导和铁磁的共存也是难以实现的。最近在含铀材料中发现的铁磁与超导共存态可能是因为铁磁和超导在实空间是分离的,或者是因为自旋三重态配对引起的,这些都需要进一步的实验和理论的研究。
在第四章中,我们研究了铁磁/d波超导/铁磁双隧道结中铁磁超导共存。我们采用Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理论的方法,通过求解BdG方程及可以计算出中间超导的两种自旋电子的化学势移动δμ。计算结果表明在一定偏压范围内,δμ将在隧道结中间超导层引起有限的磁化强度同时又不破坏超导,而且这种铁磁和超导共存态是能量占优的。引起超导层破坏的偏压临界值是毫电子伏量级。在这种共存态中传导电子同时表现超导电性和铁磁性。这种电流驱动的共存态将可能在实验中观测到。