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1 해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society, Volume 22, Number 2, April 강자성초전도체의연구동향과전망 한상욱 * 울산대학교기초과학연구소, 울산시남구대학로 93 번지, (2012 년 3 월 26 일받음, 2012 년 4 월 20 일최종수정본받음, 2012 년 4 월 20 일게재확정 ) 강자성초전도체의발견은상극으로알려진강자성과초전도성이어떻게상호작용하여조화롭게공존하는지에대한학문적인연구뿐만아니라새로운기술적인응용을위한광범위한탐구를이끌고있다. 본해설논문에서는강자성초전도체에대한이해를돕기위하여, 먼저초전도체의쿠퍼쌍을깨뜨리는강한자기장의궤도효과와상자성효과에대하여설명한다. 자기장의이러한효과이외에도초전도체 / 강자성체복합구조의계면에서발생하는근접효과에의해단일상쿠퍼쌍은강자성체를지나가는동안불안정하여아주짧은침투깊이를가진다. 그러나쿠퍼쌍이홀 - 진동수삼중상인경우안정되고긴유효길이를가지게되는데, 새로운스핀전자소자로서의개발을위해그연구의중요성이높아지고있다. 마지막으로다양한강자성초전도체와양자구속효과에의해두성질이공존하는저차원의물질들을소개한다. 주제어 : 강자성초전도체, 궤도짝 - 깨뜨림효과, 상자성짝 - 깨뜨림효과, 근접효과, 홀 - 진동수삼중상, 양자구속효과 I. 서론 2008년 H. Hosono 교수연구그룹에서는임계온도 (T c ) 가 26 K인새로운철 (Fe) 기반초전도물질 LaFeAsO : F를보고하였다 [1]. LaFeAsO는반강자성-금속성질을가지고있는반면, LaO 층에서산소 (O) 자리를불소 (F) 로치환하면반강자성은점차감소하고전자는증가하여 FeAs 층에공급되어초전도현상이나타나는것으로알려져있다. 이후, 다양한구조의유사화합물인 SrFe 2 As 2, LiFeAs, Fe(Se,Te) 등에서새로운초전도현상이발견되어철기반의초전도연구가활발해졌다 [2]. 한편다른관점에서, 철은전형적인강자성물질이다. 일반적으로강자성물질의전자들스핀은교환상호작용 (exchange interaction) 에의해같은방향으로정렬된다. 반면에 BCS(Bardeen-Cooper-Schrieffer) 이론에서쿠퍼쌍 (Cooper pair) 의두전자는포논과상호작용하여파울리배타원리에의해반대스핀자기모멘트와운동량을가지며전체합은영이다 (Fig. 1a). 이러한상반되는두특성이한물질내에공존하여나타나는초전도와강자성의상호작용에대한새로운이해가필요하다. 강자성초전도체에대한이해를돕기위해, 본논문에서는 (II) 초전도와자기장의상호작용과 (III) 초전도체 (S)/ 강자성체 (F) 다층박막구조의근접효과 (Proximity effect) 를설명하고 (IV) 한물질내에서초전도와강자성이공존하는강자성초전도체 (Ferromagnetic superconductor) 에대한연구동향을정리하였다. 마지막으로 (V) 크기 (size) 감소에따른현상, 즉양자구속효과 (Quantum *Tel: (052) , swhan72@gmail.com Fig. 1. (Color online) (a) 쿠퍼쌍. 자기장에의한 (b) 궤도운동쿠퍼쌍깨뜨림효과와 (c) 상자성쿠퍼쌍깨뜨림효과. (d) FFLO(Fulde- Ferrell-Larkin-Ovchinnikov) 상태 (k F 는페르미준위에서운동량 ). confinement effect) 에의한사례들을소개하고마무리하였다. II. 초전도와자기장의상호작용 초전도물질은임계온도 (T c ) 보다낮은상태에서는전기저항이 0이며, 외부자기장을차폐하거나밀어내는완전반자성성질을가지고있다. 하지만임계자기장 (H c ) 을넘어서면초전도성질을완전히잃고정상상태가된다. 일반적으로강한자기장을가할경우 ( 스핀-궤도결합은고려하지않고 ) 초 66

2 해설논문 강자성초전도체의연구동향과전망 한상욱 67 전도물질의쿠퍼전자쌍을깨뜨리는두가지의경우가있다. 첫째는, 궤도운동에의한쿠퍼쌍깨뜨림효과이다 (Fig. 1b). 자기장내에서운동하는전하는로렌츠 (Lorentz) 힘에의해자기장에수직인평면에서원운동을하게된다. 따라서페르미준위의초전도전자쌍은서로반대되는궤도운동을하므로외부자기장에의해쿠퍼쌍은깨어질수있다. 자기장의궤도효과는초전도물질내부로자속이침투하여생기게되는자기소용돌이 (vortex) 형성과도관계된다 [3]. 두번째는, 쿠퍼쌍의스핀이외부자기장의방향으로평행하게정렬 ( 상자성효과 ) 하는스핀분극 ( 제만효과, Zeeman effect) 에의한깨어짐이다 (Fig. 1c)[4, 5]. 이때발생하는제만에너지또는교환에너지는스핀의방향에따라차이를가지며, 이에너지차이가쿠퍼쌍을이루기위해필요한에너지 ( 초전도갭, 2 ) 보다크게되면쿠퍼쌍을깨뜨릴수있다. 자기장에의한궤도운동과상자성효과의관계는 Maki 변수 α M = 2 H c20 /H p 로구분된다 [6]. 여기서 H c2 (0) Φ 0 /2πξ 2 0 는 (Φ 0 는양자자속, ξ 0 = h v F /π 0 는초전도결맞음길이, v F 는페르미속도 ) 절대영도에서궤도운동효과에의해구해지는제2종초전도체의임계자기장이며, H P = 0 / 2 µ 는 (µ = gµ B /2는자기모멘트, Lande g-변수, µ B 보어자기모멘트 ) 상자성효과에의한임계자기장이다. 대부분의초전도물질은자기장의궤도운동효과에의해서정상상태가된다. 그러나구조적인제한즉결맞음 길이 (Coherent length) 가작아지는박막이나저차원또는무거운페르미온 (heavy fermion) 초전도물질에서는궤도운동효과가억제되고상자성효과가충분히커질수가있다. 이러한상자성효과가큰경우, 쿠퍼쌍이유지될수있는두경우가있다. 첫째는, 쿠퍼쌍의스핀이같은방향을가지는경우이며 (III 절참조 ), 다른하나는질량중심의운동량이영이아닌유한한값을가지는 FFLO(Fulde-Ferrell-Larkin- Ovchinnikov 또는 LOFF) 상태가있다 [7]. Fig. 1(d) 에서강자성체의교환장이쿠퍼쌍의한방향으로작용했을때, 두전자의스핀은반대방향을유지하면서질량중심의운동량이영이아니며, 단일상 (singlet) 과삼중상 (triplet) 이혼합되게된다. 지금까지무거운페르미온초전도체 CeCoIn 5 와층상구조의유기물초전도체 κ-(bedt-ttf) 2 Cu(NCS) 2 와같이제한된물질들에서 FFLO 상태의가능성이확인되고있다 [8]. 이와달리근접효과 (Proximity effect) 가작용되는 S/F 다층박막구조의계면에서는 FFLO 상태가실험적으로많이입증되고있다 [9]. 한편, 외부자기장은초전도의쿠퍼쌍을깨뜨리는역할만하는것이아니라쿠퍼쌍을안정되게유지하는예외적인경우도있다. 강자성원소가포함된물질의경우 [10], 교환자기장이외부자기장과반대방향으로작용하여물질내부로들어오지못하게차폐하여아주강한자기장에서도쿠퍼쌍을유지하게된다 (Jacarino-Peter 효과 )[11]. Fig. 2. (Color online) (a) The proximity effect describes penetration of the pair amplitude of the pair wavefunction as a function of distance from the superconductor-metal and ferromagnet interface. (b) The single state (green) and triplet state (red). (c) Josephson junction [15].

3 68 한국자기학회지제 22 권 2 호, 2012 년 4 월 III. 근접효과오래전부터초전도체 / 강자성체다층박막구조의계면에대한많은이론연구와실험이행해져왔다. 우선초전도체가보통금속 (N) 과접합을이루게되면, 쿠퍼쌍은바로소멸하지않으며어느정도위상결맞음길이가유지된다. 이런현상을근접효과라고한다 [9]. 근접효과와밀접한관련이있는현상으로 Andreev 반사 (reflection) 가있다 [12]. 근접효과와 Andreev 반사는같은현상을설명하는두가지다른언어라할수있다. Fig. 2(a) 의 S/N 구조에서는금속의두께가증가하면쿠퍼쌍 ( 파동함수 ) 의진폭과임계온도가지수함수형태로감소하며저온에서근접효과의침투깊이는 ~1 µm까지유지될수있다 [13]. 반면에 S/F 구조에서는강자성층의두께가증가함 ( 교환장의증가 ) 에따라감쇠진동형태로감소하며침투깊이는매우짧은수 nm 정도이다 [9]. 그러나강자성체의두께에따른진동형태는인접한초전도체의위상차이를서로같게하는 0-접합과 180 o 차이나는 π-접합을구성할수있다 (Fig. 2b). 따라서두개의초전도체를연결하는얇은절연체또는금속으로이루어진조셉슨 (Josephson) 소자와같은기능을구현할수있다. 한편, 절반금속 (half-metal) 강자성물질인 CrO 2 박막의경우는예외적으로긴침투길이 (1 µm) 가보고되었다 [14]. 비정상적으로긴유효길이를나타낸 CrO 2 박막은초전도전자쌍이단일상이아닌삼중상인것으로알려져있다. 왜냐하면, S/F 다층구조에서초전도전자쌍이단일상인경우는결맞음길이 (ξ = hd F /E ex, D F 는전자확산상수 ) 가강자성체의교환에너지 E ex 에의해제한되는반면에, 삼중상의결맞음길이 (ξ = hd F /2πk B T ) 는저온에서길어질수있기때문이다 [9]. 더욱이홀-진동수삼중상 (odd-frequency triplet) 에대한가능성이발표되어이에대한연구의중요성이높아지고있다. 홀-진동수삼중상은강자성체에서보다긴유효길이를가지며스핀전자소자 (spintronics) 의가능성이있다 [15]. 일반적으로쿠퍼쌍파동함수의진폭 (pair amplitude) 은두전자를교환하면반전대칭성 (inversion symmetry) 과스핀회전대칭성 (spin rotation symmetry) 에의해부호가바뀐다. 따라서쿠퍼쌍은스핀의방향에따라단일상과삼중상으로구분되며, 공간분포, 즉궤도의모양이결정된다. 각운동량이짝수이면 (s-궤도와 d-궤도 ), 짝수반전성 (even parity) 의단일상쿠퍼쌍을이루고, 반면에홀수이면 (p-궤도와 f-오비탈 ), 홀수반전성 (odd parity) 의삼중상쿠퍼쌍을구성한다. 이러한쿠퍼쌍은시간대칭에짝함수 (even) 인경우이다. 일반적으로쿠퍼쌍은두전자가동시에쌍을이루는것이아니라시간지연효과 (retardation effect) 로쌍을형성한다. 두전자의시간변수를교환 (commute) 하면, 쿠퍼쌍파동함수 ( 진폭 ) 의부 Table I. The four classes of superconducting correlations following from the Pauli principle. All four symmetry components are induced in the superconducting regions next to the interface, but only the triplet ones in the half-metallic region. The dominating orbital contributions to the supercurrents in the half metal are shown in the lower two rows (triplet): even-frequency p-wave and f-wave, and odd-frequency s-wave and d-wave. Wavy lines symbolize the dynamical nature of the odd-frequency amplitudes [17]. Spin Frequency Momentum Singlet (odd) - Triplet (even) + 호가바뀌어시간대칭에홀함수 (odd) 가되며, 시간교환에대한푸리에변환 (Fourier transform) 은진동수가되어이를홀-진동수라고한다 [16]. 페르미-디락 (Fermi-Dirac) 통계에따라, 네종류의쿠퍼쌍이형성될수있다 (Table I)[17]. 여기서, 시간변수교환은시간반전대칭 (time reversal symmetry) 이아니다. IV. 강자성초전도체 초전도체와강자성체의상호작용에대한연구는오래전부터알려져왔다 [18]. 제1종초전도체인란탄늄 (Lanthanum) 의임계온도는 5.7 K이다. 그러나, 큐리온도가 292 K인강자성체가돌리늄 (Gd) 의도핑양을증가시키면초전도의임계온도를급격히감소시키며결국강자성상전이를하게된다 (Fig. 3a). 이와달리, 초전도와강자성이한물질에나타나는물질들이발견되었는데, 전이온도의차이에따라초전도강자성체 (superconducting ferromagnet, T sc > T c ) 와강자성초전도체 (Ferromagnetic superconductor, T sc < T c ) 로구분된다. 3원소화합물 (Ternary compoundd) REMo 6 S 8, REMo 6 Se 8, RERh 4 B 4 (Rare earth; RE), 유기물초전도체 (TMTSF) 2 X와 2원소화합물 Y 9 Co 7 등의초전도강자성체는초전도상태에서온도를낮추면강자성으로전이되고정상상태가된다 [19]. 구리산화물계열의고온초전도체인 YBa 2 Cu 3 O 7 (YBCO) 의 Cu-O 체인 (chain) 층을 RuO 6 팔면체 (Octahedra) 로바꾸고, Y을 Sm, Eu, Gd 등으로치환하면루테늄-구리산화물인 RuSr 2 RCu 2 O 8

4 해설논문 강자성초전도체의연구동향과전망 한상욱 69 Fig. 3. (a) Ferromagnetic and superconducting transition temperatures of solid solutions of gadolinium in lanthanum [18]. (b) AC susceptibility and resistance of ErRh 4 B 4 [19]. (c) Temperature dependence of the zero-field-cooled dc volume magnetization of RuSr 2 GdCu 2 O 8. The field-cooled molar magnetization for applied fields [20]. (R = Gd, Eu; Ru-1212) 와 RuSr 2 R 1.4 Ce 0.6 Cu 2 O 10 δ (Ru-1222) 로합성할수있다 [20]. 이들물질들의강자성큐리온도는 T c = 100~150 K이며초전도임계온도는 T sc =10~50K를가진다. 초전도임계온도이하에서도약한강자성이공존하는특징을가진다. 초전도는 CuO 2 층의쿠퍼쌍에의해서나타나며, 약한강자성은 RuO 2 층의 Ru 자기모멘트 (Ru 4+ /Ru 5+ ) 에의해나타나는것으로알려져있다. 근본적인메카니즘은원자단위의 S/F/S 구조의조셉슨접합으로인한근접효과로이해할수있다. YBCO의경우와마찬가지로초전도성질은홀농도, Cu-O 층의평평도 (buckling), 격자의대칭성, 전하보관층 (charge reservoir) 의질서도등에크게영향을받는것으로알려져있으며, 강자성의경우는루테늄 (Ru) 과산소의조성비, 원자가에영향을받는것으로알려져있다. 이와달리대표적인강자성초전도체인우라늄화합물 (UGe 2, URhGe, UCoGe, UIr) 은 U 5f 전자가초전도와강자성두성질에모두기여하는것으로알려져있다 [21]. UGe 2 와 UIr은상압에서는초전도를나타내지않고높은압력이가해지면초전도가나타나는반면, URhGe와 UCoGe는상압에서도초전도를나타낸다 (Table II). 전자의경우는강자성-초전도전이상태만가지는반면에후자의경우는상자성 -초전도상전이를포함하고있다 (Fig. 4) Table II. Uranium compounds [21]. Crystal structure, Superconducting transition temperature T sc, Curie temperature T c, and ordered moment. Material Structure T sc (K) T c (K) µ B /Uatoms UGe 2 Orthorhombic 0.8 (p = 12 kbar) a UIr Monoclinic 0.1 (p = 27 kbar) [1, 0, 1] URhGe Orthorhombic c UCoGe Orthorhombic c Fig. 4. Schematic phase diagram showing the paramagnetic (PM), ferromagnetic (FM), and superconducting (SC) phases in a temperature (T)-control parameter (CP) plane. (a) URhGe and UCoGe. (b) UGe 2 and UIr [22]. [22]. 우라늄화합물은비슷한결정구조를가지며대칭성이낮은구조로인해전자기적성질은강한이방성을가진다. 특

5 70 한국자기학회지제 22 권 2 호, 2012 년 4 월 히, URhGe는자기장을인가하면, 초전도가사라진다. 그러나 8T와 12.5 T에서다시초전도가나타나는양자임계점 (Quantum critical point) 현상을나타낸다 [23]. 앞에서설명한물질안의자기이온에의해외부자기장이차폐되는 Jaccarino-Peter 효과 [11] 는아니며, 자기장에대해서안정되어있는초전도전자쌍인삼중상에의한것으로많은실험과이론연구에서논의되고있다. 그리고우라늄화합물은전도전자의스핀업과다운의차이에의해발생되는유동 (itinerant) 강자성체이다. 가돌리늄의 4f 전자들이이온에국소 (localization) 되어나타나는강자성과는다르다. 일반적으로유동강자성체는스핀요동 (spin fluctuation) 을가지며, 쿠퍼쌍을약하게한다 [24]. 반면에스핀요동은자기장에의해약해지며쿠퍼쌍을안정되게할수있다. 우라늄화합물의초전도전이온도가낮고자기모멘트값이자유이온의값보다훨씬작은경향은초전도전자쌍이스핀요동에의해매개되고안정되는것으로예견되어왔으며최근실험적으로입증되어고온초전도체연구에중요한실마리를제공하고있다 [25]. V. 양자구속효과 1. 2차원시스템밴드절연체 (band insulator) 이며반자성성질을가지고있는 LaAlO 3 (LAO) 와 SrTiO 3 (STO) 의계면은초전도, 강자성, 전기장유도금속-절연체상전이, 초전도-절연체상전이등다양한흥미로운현상들이보고되고있다. 전도층형성에대한주된메커니즘은 LAO 층의전하가계면의 Ti 2+ 이온으로이동되는경우와산소의결함 (vacancy) 양에의해조절되는것으로알려져있다. 더욱이최근저온에서초전도와강자성이함께나타나는것이발견되어관심을끌고있다. 두상태가공존하는원인은계면에서스핀-궤도결합에의한 FFLO 상태형성으로인한것으로설명되고있다 [26]. 속성질의아연나노선이초전도성을가지는현상을발견하였다. 즉 N/S/N 구조가되어이를역근접효과라고한다. 보다향상된시료의실험에서도자기장에의해초전도상태로재진입되는것이관측되었으나좀더복잡한결과를보여이해대한체계적인연구가요구되고있다. 금속합금 (intermetallic compound) 인 Bi 3 Ni은강자성 Ni 금속이포함되어있지만, 자성이없는것으로알려져있다. 그러나, 마이크로이하의크기입자와준 1차원나노구조에서강자성을나타내며초전도와공존하여높은자기장에서도안정되어있음을보였다 [29]. 3. 0차원시스템양자구속효과에의해, 초전도체의크기가결맞음길이보다작은나노입자는전자의평균에너지준위간격 (mean level spacing, δ) 이초전도에너지갭 ( ) 보다커지게되어초전도성을잃는다. 그러나이와반대로나노입자의직경과결맞음길이가비슷해지는임계점에서양자요동에의해초전도갭이증가하는껍질효과 (shell effect) 가제기되어왔다. 최근주석 (Sn) 나노입자의직경이초전도성이사라지는 5nm(δ ) 보다크고 10 nm 이하인경우덩어리의갭보다 60 % 증가되는껍질효과가실험적으로입증되어많은관심을이끌고있다 [30]. 이러한현상은이미주석나노입자집합체 (assembly) 에서발견되었으나, 특이하게초전도와강자성이같이나타나는것으로보고되어이에대한기본메카니즘의연구가요구된다. 고온초전도체 YBCO를고온열처리하여생성된나노입자들 (100~200 nm) 의경우덩어리의초전도성을 (T c =91K) 유지하며상온에서강자성이보고되었다. 표면의산소결함에의한것으로고려되어지며, 초전도와강자성이공존하는지에대해서는불투명하다 [31]. V. 결론 2. 1차원시스템일반적인 S/F/S 조셉슨구조의근접효과결맞음길이는수 nm로예상된다고했으나, 나노선 (nano wire) 의경우는이보다훨씬긴길이를가질수있는것이실험적으로입증되었다 [27]. 직경 40 nm 또는 80 nm인강자성코발트 (Co) 나노선의유효길이는 600 nm로측정되었으며, 니켈 (Ni) 나노선도같은결과를가진다. 이와달리초전도체나노선이연결된 S/S/S 구조에서는근접효과와반대되는현상이나타난다 [28]. 직경 40 nm의초전도체아연 (Zn) 나노선을임계온도이상의정상상태, 즉금속성질을갖게한다음나노선이연결된초전도전극에낮은자기장을가하여초전도를잃은정상상태로만들었을때금 강자성초전도체의발견은응집물질연구의다양한분야에있어서상당한활동들을유도했고, 상극으로알려진강자성과초전도성이어떻게상호작용하여조화롭게공존하는지에대한학문적인연구뿐만아니라새로운기술적인응용을위한광범위한탐구를이끌고있다. 강자성초전도체에대한연구는아직까지풀리지않은고온초전도체의메커니즘규명에실마리를제공해줄것이며새로운응용소자의개발을위한연구의중요성이높아질것으로기대된다. 감사의글이논문은 2009년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한

6 해설논문 강자성초전도체의연구동향과전망 한상욱 71 국연구재단의대학중점연구소지원사업으로수행되었으며이에감사드립니다 ( ). 참고문헌 [1] Y. Kamihar, T. Watanabe, M. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130, 3296 (2008). [2] G. R. Stewart, Rev. Mod. Phys. 83, 1589 (2011). [3] M. Tinkham, Introduction to Superconductivity, 2nd Ed., McGraw-Hill, New York (1996). [4] A. M. Clogston, Phys. Rev. Lett. 9, 266 (1962). [5] B. S. Chandrasekhar, Appl. Phys. Lett. 1, 7 (1962). [6] K. Maki, Physics, Long Island City, New York, 1, 127 (1964). [7] P. Fulde and R. A. Ferrell, Phys. Rev. 135 A550 (1964); A. I. Larkin and Y. N. Ovchinnikov, Sov. Phys. JETP 20, 762 (1965). [8] H. A. Radovan, N. A. Fortune, T. P. Murphy, S. T. Hannahs, E. C. Palm, S. W. Tozer, and D. Hall, Nature 425, 51 (2003); R. Lortz, Y. Wang, A. Demuer, P. H. M. Böttger, B. Bergk, G. Zwicknagl, Y. Nakazawa, and J. Wosnitza, Phys. Rev. Lett. 99, (2007). [9] A. I. Buzdin, Rev. Mod. Phys. 77, 935 (2005). [10] H. W. Meul, C. Rossel, M. Decroux, Ø Fischer, G. Remenyi, and A. Briggs, Phys. Rev. Lett. 53, 497 (1984); S. Uji, H. Shinagawa, T. Terashima, T. Yakabe, Y. Terai, M. Tokumoto, A. Kobayashi, H. Tanaka, and H. Kobayashi, Nature 410, 908 (2001); L. Balicas, J. S. Brooks, K. Storr, S. Uji, M. Tokumoto, H. Tanaka, H. Kobayashi, A. Kobayashi, V. Barzykin, and L. P. Gor kov, Phys. Rev. Lett. 87, (2001). [11] V. Jaccarino and M. Peter, Phys. Rev. Lett. 9, 290 (1962). [12] 이후종, 물리학과첨단기술 9, 7/8호 (2000). [13] N. R. Werthamer, Phys. Rev. 132, 2440 (1963); P. G. de Gennes, Rev. Mod. Phys. 36, 225 (1964); K. D. Usadel, Phys. Rev. Lett. 25, 507 (1970). [14] R. S. Keizer, S. T. B. Goennenwein, T. M. Klapwijk, G. Miao, G. Xiao, and A. Gupta, Nature 439, 825 (2006). [15] M. Eschrig, Phys. Today 64, 43 (2011). [16] V. L. Berezinskii, JETP Lett. 20, 287 (1974); F. S. Bergeret, A. F. Volkov, and K. B. Efetov, Rev. Mod. Phys. 77, 1321 (2005). [17] M. Eschrig and T. Lofwander, Natue Phys. 4, 138 (2008). [18] B. T. Matthias, H. Suhl, and E. Corenzwit, Phys. Rev. Lett. 1, 92 (1958). [19] K. Machida, Appl. Phys. A 35, 193 (1984). [20] I. Felner, U. Asaf, Y. Levi, and O. Millo, Phys. Rev. B 55, R3374 (1997); J. L. Tallon, C. Bernhard, M. E. Bowden, P. W. Gilberd, T. M. Stoto, and D. J. Pringle, IEEE Trans. Appl. Supercond. 9, 1696 (1999); C. Bernhard, J. L. Tallon, Ch. Niedermayer, Th. Blasius, A. Golnik, E. Brücher, R. K. Kremer, D. R. Noakes, C. E. Stronach, and E. J. Ansaldo, Phys. Rev. B 59, (1999). [21] S. S. Saxena, P. Agarwal, K. Ahilan, F. M. Grosche, R. K. W. Haselwimmer, M. J. Steiner, E. Pugh, I. R. Walker, S. R. Julian, P. Monthoux, G. G. Lonzarich, A. Huxley, I. Sheikin, D. Braithwaite, and J. Flouquet, Nature 406, 587 (2000); D. Aoki, A. Huxley, E. Ressouche, D. Braithwaite, J. Flouquet, J.-P. Brison, E. Lhotel, and C. Paulsen, Nature 413, 613 (2001); N. T. Huy, A. Gasparini, D. E. de Nijs, Y. Huang, J. C. P. Klaasse, T. Gortenmulder, A. de Visser, A. Hamann, T. Görlach, and H. v. Löhneysen, Phys. Rev. Lett. 99, (2007); T. Akazawa, H. Hidaka, T. Fujiwara, T. C. Kobayashi, E. Yamamoto, Y. Haga, R. Settai, and Y. Onuki, J. Phys.: Condens. Matter 16, L29 (2004). [22] D. Fay and J. Appel, Phys. Rev. B 22, 3173 (1980); T. R. Kirkpatrick, D. Belitz, Thomas Vojta, and R. Narayanan, Phys. Rev. Lett. 87, (2001). [23] F. Lévy, I. Sheikin, B. Grenier, and A. D. Huxley, Science 309, 1343 (2005). [24] S. Maekawa and M. Tachiki, Phys. Rev. B 18, 4688 (1978). [25] T. Hattori, Y. Ihara, Y. Nakai, K. Ishida, Y. Tada, S. Fujimoto, N. Kawakami, E. Osaki, K. Deguchi, N. K. Sato, and I. Satoh, Phys. Rev. Lett. 108, (2012). [26] D. A. Dikin, M. Mehta, C. W. Bark, C. M. Folkman, C. B. Eom, and V. Chandrasekhar, Phys. Rev. Lett. 107, (2011); L. Li, C. Richter, J. Mannhart, and R. C. Ashoori, Nature Phys. 7, 762 (2011); K. Michaeli, A. C. Potter, and P. A. Lee, Phys. Rev. Lett. 108, (2012). [27] J. Wang, M. Singh, M. Tian, N. Kumar, B. Liu, C. Shi, J. K. Jain, N. Samarth, T. E. Mallouk, and M. H. W. Chan, Nature Phys. 6, 389 (2010). [28] M. Tian, N. Kumar, S. Xu, J. Wang, J. S. Kurtz, and M. H. W. Chan, Phys. Rev. Lett. 95, (2005); Y. Chen, S. D. Snyder, and A. M. Goldman, Phys. Rev. Lett. 103, (2009). [29] T. Herrmannsdörfer, R. Skrotzki, J. Wosnitza, D. Köhler, R. Boldt, and M. Ruck, Phys. Rev. B 83, (R) (2011). [30] S. Bose, A. M. García-García, M. M. Ugeda, J. D. Urbina, C. H. Michaelis, I. Brihuega, and K. Kern, Nature Mater. 9, 550 (2010); W.-H. Li, C.-W. Wang, C.-Y. Li, C. K. Hsu, C. C. Yang, and C.-M. Wu, Phys. Rev. B 77, (2008). [31] S. A. Gomathi, A. Sundaresan, and C. N. R. Rao, Solid State Commun. 142, 685 (2007).

7 72 한국자기학회지제 22 권 2 호, 2012 년 4 월 Research Trend and Prospect in Ferromagnetic Superconductor Sang Wook Han * Basic Science Research Institute, University of Ulsan, Ulsan, , Korea (Received 26 March 2012, Received in final form 20 April 2012, Accepted 20 April 2012) The findings of ferromagnetic superconductor have attracted much attention not only for fundamental research to investigate how the antagonistic properties of ferromagnetism and superconductivity coexist peacefully but also for potential technological applications. Firstly, in order to help for understanding the ferromagnetic superconductor, I have explained the orbital and paramagnetic pair-breaking effects of magnetic field, which breaks the superconducting Cooper pairs. In addition to such effects of magnetic field, the singlet Cooper pairs become unstable upon going through the ferromagnetic materials by the proximity effect. The proximity effect occurs at the interface of thin films composing of superconductor and ferromagnet and leads to have very short penetration depth of Cooper pairs. However, a type of odd-frequency triplet in comparison with the singlet could be very stable and has a longer effective depth. It needs to be explored for the innovative spintronic devices. Finally, various ferromagnetic superconductors coexist and the lower-dimensional materials under the Quantum confinement effect have been introduced. Keywords : ferromagnetic superconductor, orbital pair-breaking effect, paramagnetic pair-breaking effect, proximity effect, oddfrequency triplet, quantum confinement effect