Long range Josephson coupling across a half metallic ferromagnet at high temperatures

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Abstract

Ferromagnetism and singlet superconductivity are antagonistic phenomena. At interfaces with a ferromagnet, the singlet pairing amplitude decays over nanometric distances. In presence of magnetization inhomogeneities, however, equal spin triplet Cooper pairs can be generated, allowing the coupling of superconductors in Josephson junctions across magnetic barriers over much longer distances. We demonstrate extremely long range high-temperature Josephson coupling across the half-metallic manganite La0.7Sr0.3MnO3 combined with the superconducting cuprate YBa2Cu3O7. This is shown in planar junctions which display the hallmarks of Josephson physics: critical current oscillations (Fraunhofer pattern) and quantum phase locking under microwave excitation (Shapiro steps). The conjunction of quantum coherent transport and full spin polarization can bring unique opportunities for the practical realization of superconducting spintronics, and novel strategies in quantum computing.

*Quantox of QuantERA ERA-NET Cofund in Quantum Technologies (Grant Agreement No. 731473)
Spanish AEI grants MAT2015-72795-EXP, MAT2017-87134-C02
ERC grant N° 647100 “SUSPINTRONICS”
French grant ANR-15-CE24-0008-01 “SUPERTRONICS” and COST action “Nanocohybri”

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Presenters

  • David Sanchez-Manzano

    • CNRS/THALES
    • Universidad Complutense de Madrid

Authors

  • David Sanchez-Manzano

    • CNRS/THALES
    • Universidad Complutense de Madrid

  • Salvatore Mesoraca

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales

  • Fabian Cuellar

    • Universidad Complutense de Madrid
    • Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid

  • Mariona Cabero

    • Dept. de Fisica de Materiales & Instituto Pluridisciplinar, Universidad Complutense de Madrid
    • Centro Nacional de Microscopía Electrónica, Universidad Complutense de Madrid
    • IMDEA Nanoscience

  • Victor Rouco

    • Física de Materiales, GFMC, Universidad Complutense de Madrid
    • Universidad Complutense de Madrid
    • Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid

  • Gloria Orfila

    • Universidad Complutense de Madrid

  • Xavier Palermo

    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales

  • Adrian Balan

    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales

  • Lourdes Marcano

    • Helmholtz Zentrum Berlin
    • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

  • Anke Sander

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
    • Unité Mixte de Physique, CNRS/Thales
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767, Palaiseau, France

  • Mirko Rocci

    • NEST, Instituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore
    • Francis Bitter Magnet Laboratory, Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology

  • Javier Garcia Barriocanal

    • Characterization Facility, University of Minnesota

  • Fernando Gallego

    • Universidad Complutense de Madrid
    • Unité Mixte de Physique, CNRS/Thales
    • 2D Foundry, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid

  • Alberto Rivera

    • Universidad Complutense de Madrid
    • Departamento de Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid
    • Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid

  • Federico Mompean

    • Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC
    • 2D Foundry, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid

  • Mar Garcia Hernandez

    • Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC
    • 2D Foundry, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid

  • Jose Maria Gonzalez-Calbet

    • Centro Nacional de Microscopía Electrónica, Universidad Complutense de Madrid
    • Centro Nacional de Microscopia Electronica. Universidad Complutense

  • Carlos Leon

    • Universidad Complutense de Madrid
    • Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid

  • Sergio Valencia

    • Helmholtz-Zentrum Berlin
    • Helmholtz Zentrum Berlin
    • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

  • Cheryl Feuillet-Palma

    • Laboratoire de Physique et d'Étude des Matériaux, ESPCI-Paris-CNRS-UPMCPSL Research University
    • Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux, CNRS, ESPCI Paris

  • Nicolas Bergeal

    • Laboratoire de Physique et d'Étude des Matériaux, ESPCI-Paris-CNRS-UPMCPSL Research University
    • Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux, CNRS, ESPCI Paris

  • Alexandre Buzdin

    • Université Bordeaux, CNRS

  • Jerome Lesueur

    • Laboratoire de Physique et d'Étude des Matériaux, ESPCI-Paris-CNRS-UPMCPSL Research University
    • Laboratoire de Physique et d’Etude des Matériaux, CNRS, ESPCI Paris

  • Javier E Villegas

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
    • Unité Mixte de Physique, CNRS/Thales
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767, Palaiseau, France

  • Jacobo Santamaria

    • Física de Materiales, GFMC, Universidad Complutense de Madrid
    • Universidad Complutense de Madrid
    • GFMC, Universidad Complutense de Madrid
    • Grupo de Física de Materiales Complejos, Dpt. Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid, Spain
    • Física de Materiales, Universidad Complutense de Madrid