نانوساختارهای مختلط فرومغناطیسی و ابررسانایی با مغناطش های ناهم راستا

اسپینترونیک شاخه ی جدیدی از نانوالکترونیک است که بر استفاده از اسپین الکترون برای ساخت قطعات الکترونیکی جدید با کارایی بالاتر نسبت به الکترونیک سنتی تاکید دارد. نانوساختارهای مختلط فرومغناطیسی و ابررسانایی عناصر اصلی اسپینترونیک را تشکیل می دهند. مطالعه ی خصوصیات ساختارهای مختلط فرومغناطیسی و ابررسانایی به دلیل پتانسیل بالای آنها برای کاربرد در ساخت قطعات الکترونیکی جدید بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در چندلایه های مغناطیسی پدیده های مهمی مانند اثر جفت شدگی تبادلی بین لایه ای، اثر سوپاپ اسپینی و اثر مقاومت مغناطیسی عظیم دیده شده اند. یکی از ویژگی های بسیار مهم سیستم های مزوسکوپی ظهور نوفه ی شلیکی در آنها است. افت و خیزهای جریان گذرنده از رسانای مزوسکوپی به واسطه ی گسسته بودن بار حامل های جریان و ذات کاتوره ای پراکندگی های الکترونی را نوفه ی شلیکی می نامند. نوفه ی شلیکی حاوی اطلاعات با ارزشی در مورد همبستگی های الکترونی و پراکندگی های رخ داده در سیستم تحت بررسی است که در جریان متوسط موجود نیست. مطالعه ی نوفه ی شلیکی جریان های اسپین-قطبیده می تواند منجر به اطلاعات ارزشمندی در مورد ترابرد اسپینی و پراکندگی های وابسته به اسپین در سیستم های اسپینترونیک شود. این پایان نامه در پنج فصل تهیه شده است. فصل اول شامل مرور کوتاهی بر روش های محاسبه ی نوفه ی شلیکی و تعمیم آنها برای جریان های اسپینی هم راستا است. در فصل دوم این پایان نامه نوفه ی شلیکی اسپین-قطبیده در سوپاپ های اسپینی پخشی ناهم راستا را مطالعه می کنیم. ما معادلات بولتزمن-لانژوین را برای جریان های اسپینی ناهم راستا تعمیم داده و معادلات پخش برای ماتریس های جریان و پتانسیل الکتروشیمیایی را به دست می آوریم. همچنین همبستگی های ممکن بین مولفه های افت و خیزهای ذاتی ماتریس جریان و افت و خیزهای جریان در داخل فلز نرمال را محاسبه می کنیم. روابطی که بدین شکل تعمیم داده می شوند برای محاسبه ی نوفه ی شلیکی یک سوپاپ اسپینی با شکل دلخواه و تعداد دلخواهی ترمینال فرومغناطیسی قابل کاربرد هستند. برای یک سوپاپ اسپینی دو-ترمیناله نشان می دهیم که نوفه ی شلیکی وابستگی شدیدی به هر سه پارامتر زاویه ی نسبی مغناطش فرومغناطیس ها، قطبش اتصال های تونلی و شدت پراکندگی های اسپین-وارون دارد و نسبت به آنها رفتار غیر یکنوا از خود نشان می دهد. همچنین نشان می دهیم که نوفه ی شلیکی این سیستم به ازای قطبش های بزرگ اتصال های تونلی و به ازای برخی از مقادیر زاویه ی نسبی مغناطش ها می تواند مقادیری کمتر از حالت هم راستا داشته باشد. این اثر به واسطه-ی تقابل ترابرد پخشی در داخل فلز نرمال و مغناطش های ناهم راستای فرومغناطیس ها رخ می دهد. در فصل سوم پایان نامه نوفه ی شلیکی یک نانوسیم فرومغناطیسی پخشی شامل یک دیواره ی حوزه ی بالیستیک 180 درجه را مطالعه می کنیم. با معرفی مدل مداری برای نانوسیم فرومغناطیسی معادلات لازم برای محاسبه ی نوفه ی شلیکی این سیستم بر حسب ضرایب پراکندگی از دیواره ی حوزه به دست آورده می شوند. با استفاده از نظریه ی پراکندگی و مدل دو-ترازی ضرایب پراکندگی از دیواره ی حوزه محاسبه می شوند. ما نشان می دهیم که دیواره های نازک تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی نوفه ی شلیکی نانوسیم فرومغناطیسی دارند. همچنین به ازای برخی از طول های دیواره ی حوزه، نوفه ی شلیکی نانوسیم فرومغناطیسی به پایین تر از مقدار حدی آن در غیاب دیواره ی حوزه کاهش می یابد. این اثر همانند اثر دیده شده در سوپاپ های اسپینی پخشی ناهم راستا از تقابل ترابرد پخشی در حوزه ها و تغییر ناهم راستای مغناطش در طول دیواره ی حوزه ناشی می شود. در فصل چهارم پایان نامه جفت شدگی تبادلی در سیستم های متشکل از دو ابررسانای فرومغناطیسی که توسط یک فلز نرمال غیرمغناطیسی به هم متصل شده اند را بررسی می کنیم. در چندلایه های فرومغناطیسی جفت شدگی تبادلی بین لایه های مغناطیسی که با یک فلز غیرمغناطیسی از هم جدا شده اند بر حسب ضخامت لایه ی میانی بین جفت شدگی های فرومغناطیسی و پادفرومغناطیسی نوسان می کند. ما با استفاده از نظریه ی پراکندگی و معادله ی بوگولیوبوف-دژن طیف انرژی سه لایه های متشکل از ابررساناهای فرومغناطیسی را برای آرایش های موازی و پادموازی مغناطش ها محاسبه می کنیم. با استفاده از این طیف های انرژی، انرژی های آزاد اتصال برای آرایش های موازی و پادموازی محاسبه می شوند. تفاضل انرژی های آزاد اتصال برای این دو آرایش جفت شدگی تبادلی سیستم را معین می کند. ما نشان می دهیم که جفت شدگی تبادلی در این سیستم ها مانند چندلایه های مغناطیسی بر حسب ضخامت لایه ی نرمال میانی نوسان می کند. با این تفاوت که برخلاف چندلایه های مغناطیسی که پریود نوسان جفت شدگی تبادلی در آنها تنها با بردار موج فرمی لایه ی میانی داده می شود، در این سیستم ها پریود نوسان به میدان تبادلی فرومغناطیسی و پتانسیل جفت ابررسانایی در ابررساناهای فرومغناطیسی وابسته است. فصل آخر نیز به جمع بندی نتایج به دست آمده در این پایان نامه اختصاص دارد.