一些超导体也能携带“自旋”电流。

一些超导体也能携带“自旋”电流。

研究人员已经表明,某些超导体——在极低温度下携带零电阻电流的材料——也能携带“自旋”电流。超导和自旋的成功结合可以通过大幅降低能耗来实现高性能计算的革命。

自旋是粒子的内禀角动量,通常由单个电子携带在非超导非磁性材料中。自旋可以是“上升”或“下降”,对于任何给定的材料,有一个最大长度的自旋可以携带。在传统的超导体中,自旋相反的电子被配对在一起,使得电子的流动携带零自旋。

几年前,来自剑桥大学的研究人员表明,有可能产生电子对,自旋在上下排列。自旋电流可以通过向上和向下向下运载,以相反的方向移动,净电荷电流为零。要创建这样的一个纯自旋超导能力朝着创建一个超导计算技术可以使用的能量比目前的硅基电子大量小团队的愿景迈出的重要一步。 

现在,同样的研究者发现了一组促进自旋对准电子配对的材料,使得自旋电流在超导状态下比在非超导(正常)状态下更有效地流动。他们的研究结果发表在《自然材料》杂志上。

“虽然有些方面的正常状态的自旋电子,或自旋电子学,比标准的半导体电子更有效,其大规模应用是因为需要产生自旋电流的大电流充电浪费太多的精力阻止,说:”剑桥的材料科学和冶金部的Mark Blamire教授,他领导了这项研究。“一种产生和控制自旋电流的完全超导方法提供了一种改善这一现象的方法。”

在当前的工作中,Blamire和他的合作者利用多层堆叠金属薄膜,每一层只有几纳米厚。他们观察到,当微波场被施加到薄膜上时,它会使中心磁性层向其旁边的超导体发射一个自旋电流。

“如果我们只使用一个超导体,自旋电流被阻断,一旦系统冷却到的温度时,超导体,”Blamire说。令人惊讶的结果是,当我们向超导层添加铂层时,超导态的自旋电流大于正常态的自旋电流。

尽管研究人员已经表明某些超导体可以携带自旋电流,但到目前为止,它们只发生在短距离内。研究团队的下一步是了解如何增加距离和如何控制自旋电流。

该研究是由工程和物理科学研究委员会(EPSRC)资助。

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