Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 33-39.

Josephson structures with a ferromagnet provide a unique platform for controlling the magnetic mo-
ment dynamics employing the interplay between the Josephson phase difference and magnetization in
such systems. This leads to a non-vanishing zero-phase Josephson supercurrent, corresponding to the
emergence of an anomalous phase shift in the junction ground state. We consider a coupled system that
consists of a single-domain nanomagnet (NM) placed in a close proximity to a short Josephson junction
(JJ), in which the interaction between the two subsystems is purely electromagnetic.
First, we show that the magnetic switching of the NM driven by a circularly polarized cosine chirp
microwave pulse demonstrates fast reversal at low field amplitude due to the coupling to the JJ. In this
system, the magnetic state is stable against changes in pulse parameters. Also, we discuss the control
of the magnetic state over the damping regime via the Josephson-to-magnetic energy ratio, which helps
reduce the non-reversing magnetic response at large damping without further increase of the microwave
field amplitude. Furthermore, we discuss the ability to reverse the magnetic moment of the NM by
Josephson currents in the form of a cosine chirp pulse. This approach offers the possibility to control
the time dependence of the frequency of the ac field through the voltages across the JJs. These results
provide new perspectives into the reversal phenomenon in superconducting spintronic systems, which
might help realize fast memory devices.
Then, we discuss the locking of magnetic moment precession and Josephson oscillations under the
influence of external radiation. In this case, the locking of magnetic precession manifests as a bubble-like
feature in the bias current dependence of the maximal amplitude of magnetic moment. This phenomenon
is analogous to the phase locking of Josephson oscillations by an external periodic signal, which leads
to the appearance of Shapiro steps in the IV curve of the JJ. The effect of the magnetic field produced
by the quasiparticle current on the locking of magnetic precession and Josephson oscillations is also
illustrated. We show that the locking properties in the system can be controlled through the parameters
of external radiation. Therefore, we demonstrate the control of magnetic moment precession through
external radiation in Josephson hybrid structures, which can potentially be useful for superconducting
spintronic devices and quantum technologies.

توفر تراكيبات جوزيفسون مع مغناطيس حديدي منصة فريدة للتحكم في ديناميكيات العزم المغناطيسي من خلال التفاعل بين فرق الطور لتقاطع جوزيفسون و المغنطة في مثل هذه الأنظمة. هذا يؤدي الى تيار جوزيفسون الفائق و المحسوس حتى عندما يكون قيمة الطور تساوي صفر، مع حدوث شاذ للفرق في الطور في حالة أقل طاقة للتقاطع.
في هذه الدراسة ننظر في نظام مركب يتكون من مغناطيس نانومتري ذو نطاق مغناطيسي واحد موضوع بالقرب من وصلة جوزيفسون القصيرة، حيث يكون التعامل بين النظامين الفرعيين كهرومغناطيسي بحتاً.
أولاً، نوضح ان التبديل المغناطيسي لعزم المغناطيس النانومتري المدفوع بنضبة ميكروويف حاده ذات تردد متناوب دائري القطبية يظهر عكساً سريعاً عند سعة مجال منخفضة بسبب الارتباط بوصلة جوزيفسون. في هذا النظام، الحالة المغناطيسية تكون مستقرة ضد التغيرات في معاملات النبضة. كما نناقش التحكم في الحالة المغناطيسية عبر نظام الخمود من خلال نسبة طاقة جوزيفسون الى الطاقة المغناطيسية، مما يساعد على تقليل الاستجابة المغناطيسية غير القابلة للعكس عند الخمود الكبير دون زيادة أخرى في سعة مجال الميكروويف. علاوة على ذلك، نناقش القدرة على عكس العزم المغناطيسي للمغناطيس النانومتري بواسطة تيارات جوزيفسون على شكل نبضة من نوع جيب التمام الزاوية النبضة الحاده و تقدم هذه الطريقة إمكانية التحكم في الاعتماد الزمني لتردد المجال من خلال الجهد الكهربي عبر وصلات جوزيفسون. توفر هذه النتائج افاقا جديدة في ظاهرة الانعكاس في الأنظمة المعتمدة على الحركة المغزلية للالكترون فائقة التوصيل، مما قد يساعد ذلك في تحقيق أجهزة ذات ذاكرة سريعة.
تم مناقشة ظاهرة غلق دوران العزم المغناطيسي و تذبذبات جوزيفسون تحت تأثير الاشعاع الخارجي. في هذه الحالة، يظهر وقف التذبذب المغناطيسي كميزة تشبه الفقاعة في اعتماد تيار التحيز على السعة القصوى للعزم المغناطيسي. هذه الظاهرة تشبه وقف طور الدوران لوصله جوزيفسون بواسطة إشارة دورية خارجية، مما يؤدي الى ظهور خطوات شابيرو في منحنى التيار و الجهد لوصله جوزيفسون. يتم ايضاً توضيح تأثير المجال المغناطيسي الناتج عن تيار "شبه الجسيم" على وقف دوران العزم المغناطيسي و تذبذبات جوزيفسون. نظهر ان خصائص الإيقاف في النظام يمكن التحكم فيها من خلال معاملات الاشعاع الخارجي. لذلك، نوضح التحكم في تذبذب العزم المغناطيسي من خلال الاشعاع الخارجي في الهياكل الهجينة لجوزيفسون، و التي يمكن ان تكون مفيدة للأجهزة المعتمدة على الحركة المغزلية للالكترون فائقة التوصيل و التقنيات الكمومية المحتملة.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.