Vortex states in superconducting/ferromagnetic hybrid systems

Abstract

In this thesis it is investigated how superconducting vortices behave in coupled superconductor/ferromagnet hybrid systems of mesoscopic size. To this end the time dependent Ginzburg-Landau equations of superconductivity and the Landau-Lifschitz-Gilbert equation of micromagnetism were solved numerically. This work considers four different systems where the vortex dynamics are affected by geometrical confinement, ferromagnetic stray fields, proximity-coupling to a nearby ferromagnet and local temperature gradients. Furthermore, it is investigated how the stray field of a static vortex lattice can be utilized to modify magnonic excitations in a nearby ferromagnet. It is shown how the combination of mesoscopic superconductors and ferromagnets can lead to novel vortex states and spin wave dynamics that are unattainable in each of the considered subsystems on their own.

In dieser Arbeit wird untersucht, wie sich supraleitende Wirbel, auch Vortices genannt, in gekoppelten Supraleiter/Ferromagnet-Hybridsystemen mesoskopischer Größe verhalten. Zu diesem Zweck wurden die zeitabhängigen Ginzburg-Landau-Gleichungen der Supraleitung und die Landau-Lifschitz-Gilbert-Gleichung des Mikromagnetismus numerisch gelöst. Diese Arbeit betrachtet vier verschiedene Systeme, bei denen die Dynamik der Vortices durch geometrische Eingrenzung, ferromagnetische Streufelder, direkte Kopplung zu einem nahegelegenen Ferromagneten und durch lokale Temperaturgradienten beeinflusst wird. Darüber hinaus wird untersucht, wie ein statisches Wirbelgitter genutzt werden kann, um magnonische Anregungen in einem nahegelegenen Ferromagneten zu modifizieren. Es wird gezeigt, wie die Kombination von mesoskopischen Supraleitern und Ferromagneten zu neuartigen Wirbelzuständen und Spinwellendynamiken führen kann, die in den einzelnen Systemkomponenten nicht auftreten können.