Объединение сверхпроводимости со спинтроникой на границе двух материалов открывает совершенно новые перспективы - «Наука и технологии»

Когда два региона из сверхпроводящего материала разделены тонким слоем не сверхпроводящего материала, возникает известный квантовый эффект, эффект Джозефсона, благодаря которому два региона объединяются и действуют так, словно между ними нет разделительного слоя. А если материал разделительного слоя является полуметаллическим ферромагнетиком, то на этой границе возникает целый ряд весьма экзотических эффектов, объединяющих в себе многие свойства сверхпроводимости и спинтроники, которые могут быть использованы в будущих квантовых и спинтронных технологиях.

Не так давно все это было наглядно продемонстрировано международной группой ученых. В проведенном ими эксперименте были использованы две области из сверхпроводящего материала YBa2Cu3O7, разделенные слоем полуметаллического, ферромагнитного манганита (La2/3Sr1/3MnO3) толщиной в один микрон. И первое, что удалось заметить ученым, оказался упомянутый выше эффект Джозефсона, но действующий на необычно большом расстоянии для подобных максроскопических систем.

Кроме этого учеными была замечена еще одна интересная особенность. В обычным сверхпроводящих материалах сверхпроводимость возникает за счет объединения электронов в пары, так называемые пары Купера. Электроны, входящие в состав одной пары, имеют противоположные направления вращения, спины, что минимизирует локальную магнитную область пары в целом. Ферромагнитный материал, использованный учеными, является полуферромагнетиком, материалом, в среде которого могут циркулировать электроны только с одним направлением вращения.

Обнаружение тока через сверхпроводник и полуферромагнетик подразумевает, что пары Купера, обеспечивающие движение этого тока, состоят из электронов, имеющих одно и тоже направление вращения. Явление сверхпроводимости такого вида называет спин-триплетной сверхпроводимостью (spin-triplet superconductivity) и это является крайне и крайне редким видом.

Явление сверхпроводимости в данном случае может использоваться для создания электронных и спинтронных устройств с очень малым потреблением энергии. А факт, что сверхпроводимость обеспечивается парами электронов с одинаковым спином, может быть использован для транспортировки, чтения или записи информации, закодированной в виде спинов электронов. Кроме этого, наличие эффекта Джозефсона, который оказывает стабилизирующее воздействие на все всю структуру в целом, позволит использовать новое устройство из сверхпроводящих и ферромагнитных компонентов во множестве различных областей, включая области квантовых коммуникаций и квантовых вычислений.