Przenoszenie prądu spinu

Fot. Pixabay, CC0

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge wykazali, że niektóre nadprzewodniki (materiały, które przenoszą prąd elektryczny o zerowej rezystancji w bardzo niskich temperaturach), mogą również przenosić prądy "spinu". Dzięki udanemu połączeniu nadprzewodnictwa i spinu może dojść do rewolucji w komputerach o wysokiej wydajności i radykalnego zmniejszenia zużycia energii.

Czym jest spin? Jest to wewnętrzny moment pędu cząstki i zwykle jest przenoszony w nieprzewodzących, niemagnetycznych materiałach przez indywidualne elektrony. Może on być skierowany "w górę" lub "w dół". W konwencjonalnym nadprzewodniku elektrony z przeciwnymi spinami są sparowane ze sobą w taki sposób, że przepływ elektronów przenosi zerowy spin.

Jakiś czas temu naukowcy z Cambridge wykazali, że możliwe jest tworzenie par elektronów, w których spiny są skierowane w tę samą stronę. Odkrycie to było ważnym krokiem w kierunku wizji zespołu polegającej na stworzeniu nadprzewodnikowej technologii komputerowej, która mogłaby zużywać znacznie mniej energii niż obecna elektronika krzemowa.

Teraz ci sami naukowcy odkryli zestaw materiałów, które umożliwiają parowanie elektronów o spolaryzowanych liniach tak, że prąd spinowy płynie skuteczniej w stanie nadprzewodzącym niż w stanie nie-nadprzewodzącym (normalnym).

W obecnej pracy Mark Blamire z Wydziału Nauk o Materiałach i Metalurgii, który kierował badaniami, i jego współpracownicy stosowali wielowarstwowy stos metalowych folii, w których każda warstwa miała tylko kilka nanometrów grubości. Zauważyli, że kiedy pole mikrofalowe zostało nałożone na filmy, spowodowało, że centralna warstwa magnetyczna wyemitowała prąd spinowy do nadprzewodnika obok niego. "Jeśli użyliśmy tylko nadprzewodnika, prąd spinu zostanie zablokowany, gdy system zostanie schłodzony poniżej temperatury, kiedy staje się nadprzewodnikiem" - powiedział Blamire. "Zaskakującym rezultatem było to, że kiedy dodaliśmy warstwę platyny do nadprzewodnika, prąd spinowy w stanie nadprzewodzącym był większy niż w stanie normalnym."

"Chociaż niektóre aspekty normalnej elektroniki spinowej lub tzw. spintroniki są bardziej wydajne niż standardowe elektroniki półprzewodnikowej, ich zastosowanie na dużą skalę zostało uniemożliwione, ponieważ duże prądy ładowania wymagane do generowania prądów spinowych zużywałyzbyt dużo energii" - powiedział profesor Blamire. "W pełni nadprzewodzący sposób generowania i kontrolowania prądów spinowych jest sposobem na polepszenie tego".

(KB)