Effet de proximité entre un métal normal et un supraconducteur

Proximity effect between a normal metal and a superconductor

Résumé

Cet article de revue traite de l’effet de proximité entre un film métallique à l'état normal N déposé sur un film supraconducteur S c'est-à-dire de l’influence réciproque des deux métaux caractérisée par l'apparition de la supraconductivité dans N et l’affaiblissement de celle-ci dans S. Du point de vue théorique, l'accent est mis sur les modèles de MacMillan et de De Gennes-Werthamer qui permettent d’introduire des longueurs ou des énergies caractéristiques dans N et S. Les mesures de température de transition TcNS de bilames N/S sont analysées en fonction des divers modèles existants. Les renseignements sur le spectre d'excitations d’un bilame N/S sont obtenus à partir des phénomènes dissipants suivants : l'effet tunnel, qui considère les excitations sensiblement perpendiculaires à l'interface, permet d’obtenir une information directe d'une part, à basse énergie sur la densité d'états des bilames et d'autre part, à haute énergie sur la densité d’états de phonons du matériau N ; la conductivité thermique qui voit les excitations parallèles à l’interface ; la chaleur spécifique qui considère toutes les excitations est sensible à la bande interdite. La supraconductivité induite dans N est faible et par conséquent sensible aux processus de dépairage. On décrit l’effet d'une concentration faible d'impuretés magnétiques dans N à la fois sur la température de transition et sur la densité d’états. L’influence de N sur le champ magnétique critique supérieur H0 est également envisagée. Les supercourants qui peuvent traverser les jonctions Josephson S/N/S sont analysés en fonction de la température, de l’épaisseur de N et comparés aux fonctions classiques à barrière d'oxyde. L’influence du champ magnétique et des hyperfréquences est considérée. Une description des différents modèles y est donnée. La présence de la barrière d'interface et d'inhomogénéités du paramètre d'ordre dans ces supraconducteurs inhomogènes donne lieu à des effets de piégeage sélectif de vortex ou à une conversion courant normal-courant de paires.

Abstract

This review article treats the proximity effect of a film of normal metal N deposited on a superconducting film S i. e. the reciprocal influence of the two metals, characterized by the appearance of superconductivity in N and a weakening of the superconductivity in S. From the theoretical point of view, the emphasis is placed on the models of MacMillan and of De Gennes-Werthamer which introduce the characteristic lengths or energies in N and S. Measurements of the transition temperature TcNS of N/S double layers are analysed in the light of the different existing models. Information on the excitation spectrum of an N/S double layer can be obtained from the following dissipative phenomena: The tunnel effect, which considers excitations perpendicular to the N/S interface, yields direct information, at low energy, on the density of states of the double layer and, at high energy, on the phonon density of states of the material N. The thermal conductivity which is a function only of excitations parallel to the interface. The specific heat which is a function of all excitations is sensitive to the energy gap. The induced superconductivity in N is weak and is therefore sensitive to depairing processes. We describe the influence of low concentrations of magnetic impurities in N both on the transition temperature and on the density of states. The influence of N on the critical magnetic field H0 is also considered. The supercurrents which can cross S/N/S Josephson junctions are analysed as a function of temperature and thickness of N. This system is compared to a classical junction with an oxide barrier. We give a description of the different models. The presence of the interfacial barrier and of inhomogeneities of the order parameter of these inhomogeneous superconductors gives rise to selective trapping of vortices or to a conversion of normal current into pair current.