We propose a superconducting spin-triplet valve, which consists of a superconductor and an itinerant magnetic material, with the magnet showing an intrinsic non-collinear order characterized by a wave vector that may be aligned in a few equivalent preferred directions under the control of a weak external magnetic field. Re-orienting the spiral direction allows one to controllably modify long-range spin-triplet superconducting correlations, leading to spin-valve switching behavior. Our results indicate that the spin-valve effect may be noticeable. This bilayer may be used as a magnetic memory element for cryogenic nanoelectronics. It has the following advantages in comparison to superconducting spin valves proposed previously: (i) it contains only one magnetic layer, which may be more easily fabricated and controlled; (ii) its ground states are separated by a potential barrier, which solves the “half-select” problem of the addressed switch of memory elements.

1.
M.
Eschrig
,
Phys. Today
64
(
1
),
43
(
2011
).
2.
J.
Linder
and
J. W. A.
Robinson
,
Nat. Phys.
11
,
307
(
2015
).
3.
M.
Eschrig
,
Rep. Prog. Phys.
78
,
104501
(
2015
).
4.
D. S.
Holmes
,
A. L.
Ripple
, and
M. A.
Manheimer
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
1701610
(
2013
).
5.
S.
Oh
,
D.
Youm
, and
M. R.
Beasley
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2376
(
1997
).
6.
A. I.
Buzdin
,
A. V.
Vedyayev
, and
N. V.
Ryzhanova
,
Europhys. Lett.
48
,
686
(
1999
).
7.
L. R.
Tagirov
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
2058
(
1999
).
8.
Y. V.
Fominov
,
A. A.
Golubov
,
T. Y.
Karminskaya
,
M. Y.
Kupriyanov
,
R. G.
Deminov
, and
L. R.
Tagirov
,
JETP Lett.
91
,
308
(
2010
).
9.
A.
Singh
,
S.
Voltan
,
K.
Lahabi
, and
J.
Aarts
,
Phys. Rev. X
5
,
021019
(
2015
).
10.
P. V.
Leksin
,
A. A.
Kamashev
,
N. N.
Garif'yanov
,
I. A.
Garifullin
,
Y. V.
Fominov
,
J.
Schumann
,
C.
Hess
,
V.
Kataev
, and
B.
Büchner
,
JETP Lett.
97
,
478
(
2013
).
11.
F. S.
Bergeret
,
A. F.
Volkov
, and
K. B.
Efetov
,
Phys. Rev. B
64
,
134506
(
2001
).
12.
A.
Kadigrobov
,
R. I.
Shekhter
, and
M.
Jonson
,
Europhys. Lett.
54
,
394
(
2001
).
13.
M.
Eschrig
,
J.
Kopu
,
J. C.
Cuevas
, and
G.
Schön
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
137003
(
2003
).
14.
F. S.
Bergeret
,
A. F.
Volkov
, and
K. B.
Efetov
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
1321
(
2005
).
15.
R. S.
Keizer
,
S. T. B.
Goennenwein
,
T. M.
Klapwijk
,
G.
Miao
,
G.
Xiao
, and
A.
Gupta
,
Nature
439
,
825
(
2006
).
16.
T. S.
Khaire
,
M. A.
Khasawneh
,
W. P.
Pratt
, and
N. O.
Birge
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
137002
(
2010
).
17.
J. W. A.
Robinson
,
J. D. S.
Witt
, and
M. G.
Blamire
,
Science
329
,
59
(
2010
).
18.
K.
Westerholt
,
D.
Sprungmann
,
H.
Zabel
,
R.
Brucas
,
B.
Hjorvarsson
,
D. A.
Tikhonov
, and
I. A.
Garifullin
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
097003
(
2005
).
19.
P. V.
Leksin
,
N. N.
Garif'yanov
,
I. A.
Garifullin
,
Y. V.
Fominov
,
J.
Schumann
,
Y.
Krupskaya
,
V.
Kataev
,
O. G.
Schmidt
, and
B.
Büchner
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
057005
(
2012
).
20.
V. I.
Zdravkov
,
J.
Kehrle
,
G.
Obermeier
,
D.
Lenk
,
H.-A.
Krug von Nidda
,
C.
Müller
,
M. Y.
Kupriyanov
,
A. S.
Sidorenko
,
S.
Horn
,
R.
Tidecks
 et al,
Phys. Rev. B
87
,
144507
(
2013
).
21.
A.
Iovan
,
T.
Golod
, and
V. M.
Krasnov
,
Phys. Rev. B
90
,
134514
(
2014
).
22.
A. A.
Jara
,
C.
Safranski
,
I. N.
Krivorotov
,
C.-T.
Wu
,
A. N.
Malmi-Kakkada
,
O. T.
Valls
, and
K.
Halterman
,
Phys. Rev. B
89
,
184502
(
2014
).
23.
X. L.
Wang
,
A.
Di Bernardo
,
N.
Banerjee
,
A.
Wells
,
F. S.
Bergeret
,
M. G.
Blamire
, and
J. W. A.
Robinson
,
Phys. Rev. B
89
,
140508
(
2014
).
24.
N.
Banerjee
,
C. B.
Smiet
,
R. G. J.
Smits
,
A.
Ozaeta
,
F. S.
Bergeret
,
M. G.
Blamire
, and
J. W. A.
Robinson
,
Nat. Commun.
5
,
3048
(
2014
).
25.
M. G.
Flokstra
,
T. C.
Cunningham
,
J.
Kim
,
N.
Satchell
,
G.
Burnell
,
P. J.
Curran
,
S. J.
Bending
,
C. J.
Kinane
,
J. F. K.
Cooper
,
S.
Langridge
 et al,
Phys. Rev. B
91
,
060501(R)
(
2015
).
26.
R. G.
Deminov
,
L. R.
Tagirov
,
R. R.
Garifullin
,
T. Y.
Karminskaya
,
M. Y.
Kuprianov
,
Y. V.
Fominov
, and
A. A.
Golubov
,
J. Magn. Magn. Mater.
373
,
16
(
2015
).
27.
P. V.
Leksin
,
N. N.
Garif'yanov
,
A. A.
Kamashev
,
A. A.
Validov
,
Y. V.
Fominov
,
J.
Schumann
,
V.
Kataev
,
J.
Thomas
,
B.
Büchner
, and
I. A.
Garifullin
,
Phys. Rev. B
93
,
100502
(
2016
).
28.
P. V.
Leksin
,
A. A.
Kamashev
,
J.
Schumann
,
V. E.
Kataev
,
J.
Thomas
,
B.
Büchner
, and
I. A.
Garifullin
,
Nano Res.
9
,
1005
(
2016
).
29.
Y.
Ishikawa
,
G.
Shirane
,
J. A.
Tarvin
, and
M.
Kohgi
,
Phys. Rev. B
16
,
4956
(
1977
).
30.
C.
Pfleiderer
,
S. R.
Julian
, and
G. G.
Lonzarich
,
Nature
414
,
427
(
2001
).
31.
M.
Uchida
,
Y.
Onose
,
Y.
Matsui
, and
Y.
Tokura
,
Science
311
,
359
(
2006
).
32.
S.
Mühlbauer
,
B.
Binz
,
F.
Jonietz
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Rosch
,
A.
Neubauer
,
R.
Georgii
, and
P.
Böni
,
Science
323
,
915
(
2009
).
33.
A.
Fert
,
V.
Cros
, and
J.
Sampaio
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
152
(
2013
).
34.
T.
Champel
and
M.
Eschrig
,
Phys. Rev. B
71
,
220506(R)
(
2005
);
T.
Champel
and
M.
Eschrig
,
Phys. Rev. B
72
,
054523
(
2005
).
35.
T.
Champel
,
T.
Löfwander
, and
M.
Eschrig
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
077003
(
2008
).
36.
A. F.
Volkov
,
A.
Anishchanka
, and
K. B.
Efetov
,
Phys. Rev. B
73
,
104412
(
2006
).
37.
G. B.
Halász
,
J. W. A.
Robinson
,
J. F.
Annett
, and
M. G.
Blamire
,
Phys. Rev. B
79
,
224505
(
2009
).
38.
G. B.
Halász
,
M. G.
Blamire
, and
J. W. A.
Robinson
,
Phys. Rev. B
84
,
024517
(
2011
).
39.
C.-T.
Wu
,
O. T.
Valls
, and
K.
Halterman
,
Phys. Rev. B
86
,
184517
(
2012
).
40.
K.
Halterman
and
M.
Alidoust
,
Phys. Rev. B
94
,
064503
(
2016
).
41.
I.
Sosnin
,
H.
Cho
,
V. T.
Petrashov
, and
A. F.
Volkov
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
157002
(
2006
).
42.
L. Y.
Zhu
,
Y.
Liu
,
F. S.
Bergeret
,
J. E.
Pearson
,
S. G. E.
te Velthuis
,
S. D.
Bader
, and
J. S.
Jiang
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
177001
(
2013
).
43.
F.
Chiodi
,
J. D. S.
Witt
,
R. G. J.
Smits
,
L.
Qu
,
G. B.
Halász
,
C.-T.
Wu
,
O. T.
Valls
,
K.
Halterman
,
J. W. A.
Robinson
, and
M. G.
Blamire
,
Europhys. Lett.
101
,
37002
(
2013
).
44.
Y.
Gu
,
G. B.
Halász
,
J. W. A.
Robinson
, and
M. G.
Blamire
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
067201
(
2015
).
45.
A.
Di Bernardo
,
S.
Diesch
,
Y.
Gu
,
J.
Linder
,
G.
Divitini
,
C.
Ducati
,
E.
Scheer
,
M. G.
Blamire
, and
J. W. A.
Robinson
,
Nat. Commun.
6
,
8053
(
2015
).
46.
N.
Satchell
,
J. D. S.
Witt
,
M. G.
Flokstra
,
S. L.
Lee
,
J. F. K.
Cooper
,
C. J.
Kinane
,
S.
Langridge
, and
G.
Burnell
,
Phys. Rev. Applied
7
,
044031
(
2017
).
47.
M. Y.
Kuprianov
and
V. F.
Lukichev
,
Zh. Eksp. Teor. Fiz.
94
,
139
(
1988
)
M. Y.
Kuprianov
and
V. F.
Lukichev
, [
Sov. Phys. JETP
67
,
1163
(
1988
)].
48.
Y. V.
Fominov
,
N. M.
Chtchelkatchev
, and
A. A.
Golubov
,
Phys. Rev. B
66
,
014507
(
2002
).
49.
T.
Löfwander
,
T.
Champel
, and
M.
Eschrig
,
Phys. Rev. B
75
,
014512
(
2007
).
50.
P.
Bak
and
M. H.
Jensen
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
13
,
L881
(
1980
).
51.
S. V.
Grigoriev
,
S. V.
Maleyev
,
A. I.
Okorokov
,
Y. O.
Chetverikov
,
P.
Böni
,
R.
Georgii
,
D.
Lamago
,
H.
Eckerlebe
, and
K.
Pranzas
,
Phys. Rev. B
74
,
214414
(
2006
).
52.
S. V.
Grigoriev
,
S. V.
Maleyev
,
A. I.
Okorokov
,
Y. O.
Chetverikov
, and
H.
Eckerlebe
,
Phys. Rev. B
73
,
224440
(
2006
).
53.
M.
Lee
,
Y.
Onose
,
Y.
Tokura
, and
N. P.
Ong
,
Phys. Rev. B
75
,
172403
(
2007
).
54.
F.
Jonietz
,
S.
Mühlbauer
,
C.
Pfleiderer
,
A.
Neubauer
,
W.
Münzer
,
A.
Bauer
,
T.
Adams
,
R.
Georgii
,
P.
Böni
,
R. A.
Duine
 et al,
Science
330
,
1648
(
2010
).
55.
N. G.
Pugach
,
M. Y.
Kupriyanov
,
E.
Goldobin
,
R.
Kleiner
, and
D.
Koelle
,
Phys. Rev. B
84
,
144513
(
2011
).
56.
V. A.
Oboznov
,
V. V.
Bol'ginov
,
A. K.
Feofanov
,
V. V.
Ryazanov
, and
A. I.
Buzdin
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
197003
(
2006
).
57.
B.
Baek
,
W. H.
Rippard
,
S. P.
Benz
,
S. E.
Russek
, and
P. D.
Dresselhaus
,
Nat. Commun.
5
,
3888
(
2014
).
58.

In experiments such a sizable effect is usually considered as “giant,”9,23 but it is achieved only by using specific half-metallic ferromagnetic materials. In traditional metallic multilayered structures18–28 the finite resistance of multiple interfaces suppresses the SSV effect. We may expect that the proposed SSV having only one interface does not suffer from this drawback.

59.
B. M.
Niedzielski
,
S. G.
Diesch
,
E. C.
Gingrich
,
Y.
Wang
,
R.
Loloee
,
W. P.
Pratt
, and
N. O.
Birge
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
24
(
4
),
1800307
(
2014
).
60.
I. V.
Vernik
,
V. V.
Bol'ginov
,
S. V.
Bakurskiy
,
A. A.
Golubov
,
M. Y.
Kupriyanov
,
V. V.
Ryazanov
, and
O. A.
Mukhanov
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
1701208
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.