We study the interplay of superconductivity, ferromagnetism, and the Kondo effect in a single system, using vertical geometry and planar magnetic tunnel junction devices, in which a thin CoFe layer is inserted in the middle of the MgO layer, forming a quantum dot like system. It is shown that the Kondo resonance peak at the zero bias coexists with a sharp Bardeen-Cooper-Schrieffer gap on double tunnel junctions, Al/MgO/CoFe nanodot/MgO/Al. It is also found that the competition between superconductivity and the Kondo effect is tunable with magnetic fields and the temperature. The coexistence of Kondo screening and superconductivity survives long range magnetic order in CoFe nanodots with a spin polarization of 0.2; however, it disappears when the CoFe layer becomes a continuous film with a spin polarization of 0.5. The competition between SC and the Kondo effect in the presence of magnetic ordering opens exciting possibilities to control information in nanomagnets.
References
1.
T.
Kontos
, M.
Aprili
, J.
Lesueur
, and X.
Grison
, Phys. Rev. Lett.
86
, 304
(2001
).2.
F. S.
Bergeret
, A. F.
Volkov
, and K. B.
Efetov
, Phys. Rev. Lett.
86
, 4096
(2001
).3.
H.
Yang
, S.-H.
Yang
, S.
Takahashi
, S.
Maekawa
, and S. S. P.
Parkin
, Nat. Mater.
9
, 586
(2010
).4.
S.
Takahashi
, H.
Imamura
, and S.
Maekawa
, Phys. Rev. Lett.
82
, 3911
(1999
).5.
M. R.
Calvo
, J.
Fernandez-Rossier
, J. J.
Palacios
, D.
Jacob
, D.
Natelson
, and C.
Untiedt
, Nature
458
, 1150
(2009
).6.
A. N.
Pasupathy
, R. C.
Bialczak
, J.
Martinek
, J. E.
Grose
, L. A. K.
Donev
, P. L.
McEuen
, and D. C.
Ralph
, Science
306
, 86
(2004
).7.
K. J.
Franke
, G.
Schulze
, and J. I.
Pascual
, Science
332
, 940
(2011
).8.
J. P.
Cleuziou
, W.
Wernsdorfer
, V.
Bouchiat
, T.
Ondarcuhu
, and M.
Monthioux
, Nat. Nanotechnol.
1
, 53
(2006
).9.
K. S.
Lu Li
, C.
Kurdak
, and J. W.
Allen
, Nat. Rev. Phys.
2
, 463
(2020
).10.
D.
Goldhaber-Gordon
, H.
Shtrikman
, D.
Mahalu
, D.
Abusch-Magder
, U.
Meirav
, and M. A.
Kastner
, Nature
391
, 156
(1998
).11.
M. R.
Buitelaar
, T.
Nussbaumer
, and C.
Schönenberger
, Phys. Rev. Lett.
89
, 256801
(2002
).12.
L. Y. L.
Shen
and J. M.
Rowell
, Phys. Rev.
165
, 566
(1968
).13.
J.
Appelbaum
, Phys. Rev. Lett.
17
, 91
(1966
).14.
E. L.
Wolf
, Principles of Electron Tunneling Spectroscopy
(Oxford University Press
, New York
, 1989
).15.
S. S. P.
Parkin
, C.
Kaiser
, A.
Panchula
, P.
Rice
, B.
Hughes
, M.
Samant
, and S.-H.
Yang
, Nat. Mater.
3
, 862
(2004
).16.
H.
Yang
, S.-H.
Yang
, and S.
Parkin
, AIP Adv.
2
, 012150
(2012
).17.
L.
Hofstetter
, S.
Csonka
, J.
Nygard
, and C.
Schonenberger
, Nature
461
, 960
(2009
).18.
L. G.
Herrmann
, F.
Portier
, P.
Roche
, A. L.
Yeyati
, T.
Kontos
, and C.
Strunk
, Phys. Rev. Lett.
104
, 026801
(2010
).19.
K.
Yakushiji
, F.
Ernult
, H.
Imamura
, K.
Yamane
, S.
Mitani
, K.
Takanashi
, S.
Takahashi
, S.
Maekawa
, and H.
Fujimori
, Nat. Mater.
4
, 57
(2004
).20.
H.
Yang
, S.
Yang
, and S.
Parkin
, Nano Lett.
8
, 340
(2008
).21.
L. F.
Schelp
, A.
Fert
, F.
Fettar
, P.
Holody
, S. F.
Lee
, J. L.
Maurice
, F.
Petroff
, and A.
Vaur
, Phys. Rev. B
56
, R5747
(1997
).22.
H.
Sukegawa
, S.
Nakamura
, A.
Hirohata
, N.
Tezuka
, and K.
Inomata
, Phys. Rev. Lett.
94
, 068304
(2005
).23.
H.
Yang
, S.-H.
Yang
, G.
Ilnicki
, J.
Martinek
, and S. S. P.
Parkin
, Phys. Rev. B
83
, 174437
(2011
).24.
D.
Goldhaber-Gordon
, J.
Göres
, M. A.
Kastner
, H.
Shtrikman
, D.
Mahalu
, and U.
Meirav
, Phys. Rev. Lett.
81
, 5225
(1998
).25.
T. W.
Odom
, J.-L.
Huang
, C. L.
Cheung
, and C. M.
Lieber
, Science
290
, 1549
(2000
).26.
27.
P.
Nozières
, J. Low Temp. Phys.
17
, 31
(1974
).28.
S.
Yuasa
, T.
Nagahama
, A.
Fukushima
, Y.
Suzuki
, and K.
Ando
, Nat. Mater.
3
, 868
(2004
).29.
A. F.
Volkov
, P. H. C.
Magnée
, B. J.
van Wees
, and T. M.
Klapwijk
, Physica C
242
, 261
(1995
).30.
C. W. J.
Beenakker
and H.
van Houten
, Single-Electron Tunneling and Mesoscopic Devices
(Springer
, 1992
), Vol. 31
.31.
R.
Meservey
and P. M.
Tedrow
, Phys. Rep.
238
, 173
(1994
).32.
J.
Martinek
, Y.
Utsumi
, H.
Imamura
, J.
Barnas
, S.
Maekawa
, J.
Konig
, and G.
Schön
, Phys. Rev. Lett.
91
, 127203
(2003
).33.
M.-S.
Choi
, N. Y.
Hwang
, and S. R.
Eric Yang
, Phys. Rev. B
67
, 245323
(2003
).34.
M.-S.
Choi
, D.
Sanchez
, and R.
Lopez
, Phys. Rev. Lett.
92
, 056601
(2004
).35.
H.
Yang
, S.-H.
Yang
, C.
Kaiser
, and S.
Parkin
, Appl. Phys. Lett.
88
, 182501
(2006
).36.
R. J.
Soulen
, J. M.
Byers
, M. S.
Osofsky
, B.
Nadgorny
, T.
Ambrose
, S. F.
Cheng
, P. R.
Broussard
, C. T.
Tanaka
, J.
Nowak
, J. S.
Moodera
, A.
Barry
, and J. M. D.
Coey
, Science
282
, 85
(1998
).37.
L. Y.
Zhang
, C. Y.
Wang
, Y. G.
Wei
, X. Y.
Liu
, and D.
Davidovic
, Phys. Rev. B
72
, 155445
(2005
).38.
T.
Inoshita
, A.
Shimizu
, Y.
Kuramoto
, and H.
Sakaki
, Phys. Rev. B
48
, 14725
(1993
).39.
M.-S.
Choi
, R.
López
, and R.
Aguado
, Phys. Rev. Lett.
95
, 067204
(2005
).40.
J. S.
Lim
, M.-S.
Choi
, M. Y.
Choi
, R.
López
, and R.
Aguado
, Phys. Rev. B
74
, 205119
(2006
).41.
M. R.
Buitelaar
, W.
Belzig
, T.
Nussbaumer
, B.
Babić
, C.
Bruder
, and C.
Schönenberger
, Phys. Rev. Lett.
91
, 057005
(2003
).42.
C.
Buizert
, A.
Oiwa
, K.
Shibata
, K.
Hirakawa
, and S.
Tarucha
, Phys. Rev. Lett.
99
, 136806
(2007
).43.
A.
Eichler
, M.
Weiss
, S.
Oberholzer
, C.
Schönenberger
, A. L.
Yeyati
, J. C.
Cuevas
, and A.
Martín-Rodero
, Phys. Rev. Lett.
99
, 126602
(2007
).44.
K.
Grove-Rasmussen
, H. I.
Jørgensen
, and P. E.
Lindelof
, New J. Phys.
9
, 124
(2007
).45.
J. D.
Pillet
, C. H. L.
Quay
, P.
Morfin
, C.
Bena
, A. L.
Yeyati
, and P.
Joyez
, Nat. Phys.
6
, 965
(2010
).46.
L.
Hofstetter
, A.
Geresdi
, M.
Aagesen
, J.
Nygård
, C.
Schönenberger
, and S.
Csonka
, Phys. Rev. Lett.
104
, 246804
(2010
).47.
H.
Yang
, S.-H.
Yang
, and S. S. P.
Parkin
, Appl. Phys. Lett.
90
, 202502
(2007
).© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
