Намагниченность прыгает через сверхпроводник

Открыто новое явление – управление намагниченностью немагнитного материала через сверхпроводящий слой. С ним связаны возможности создания принципиально новых устройств спинтроники.

В 2007 году Нобелевская премия была вручена за открытие во второй половине 80-ых годов двадцатого века явления, взявшего наименование огромное магнитосопротивление. Его сущность в том, что электрическое сопротивление трехслойной железной нанопленки железо-хром-железо во многом зависит от направления намагниченности в слоях железа.

Конструкция исследуемого спинового вентиля. F – ферромагнетик, S – сверхпроводящий материал, N и n – немагнитный металл, AF — антиферромагнетик (желтым цветом продемонстрировано золото). Схема © M. G. Flokstra et al.

Графики профиля потока мюонов В(у) в золоте (их вид зависит от намагниченности материала) при разной обоюдной ориентации магнитных полей в ферромагнитных слоях. Схема © M. G. Flokstra et al.‹ ›

Как мы знаем, железо –  ферромагнетик, тогда как хром — немагнитный металл. Намагниченность вещества определяется ориентацией спинов его электронов. В то время, когда поясницы электронов проводимости обоих ферромагнитных слоев направлены в одну сторону, слой хрома прекрасно пропускает через себя электрический ток. Но когда их ориентации становятся противоположными, появляется огромное сопротивление, и электрический ток фактически исчезает.

Объяснение этого явления было дано на базе квантовой механики, а его применение стало причиной появлению спинтроники, новой перспективной отрасли электроники. Многослойные структуры с эффектом огромного магнитосопротивления назвали спиновыми вентилями.

На данный момент множество научных лабораторий в мире занимаются изучением спинтроники, поскольку она уже стала причиной созданию многих перспективных устройств, а также новых устройств памяти для компьютеров. Раздельно необходимо подчеркнуть изучения по сверхпроводящей спинтронике, которая разрешает существенно снизить энергопотребление, что крайне важно для суперкомпьютеров, потому, что выделяемое при протекании токов тепло может вывести их из строя.

Тут неприятности связаны с тем, что сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимость, а сверхпроводники всецело выталкивают из себя магнитное поле. магнитные материалы и Обычные сверхпроводники практически нереально вынудить «общаться» между собой из-за их противоположного упорядочения: магнитное поле выстраивает поясницы электронов в одном направлении, тогда как в куперовских парах электронов, несущих ответственность за сверхпроводимость, поясницы направлены противоположно.

Интернациональная несколько учёных, в которую входит Наталья Пугач из НИИ ядерной физики имени Скобельцына МГУ, изучила как раз сверхпроводящий спиновый вентиль чтобы обучиться руководить поясницами электронов. Так как тот факт, что спин электронов и других заряженных частиц очень сложно осуществлять контроль, пока остается главным препятствием на пути развития новых разработок на базе спинтроники.

Исследуемый спиновый вентиль складывался из двух слоев ферромагнетика (кобальта), слоя сверхпроводника (ниобий) толщиной около 150 атомов (50 нм) и слоя золота, представляющего собой немагнитный материал. Малая толщина слоев тут крайне важна, потому, что в «толстом» сверхпроводнике никаких занимательных эффектов видно не будет.

Данные о том, как ведет себя намагниченность в различных слоях примера, физики приобретали, обстреливая экспериментальные образцы мюонами и исследуя их рассеяние по позитронам, образующимся при их распаде. Мюон является частицей , похожую на электрон, но в 200 раз тяжелее.

На протяжении опыта ученые нашли неожиданный эффект: в тех случаях, в то время, когда направления намагниченности слоев ферромагнетика были перпендикулярны, сотрудничество их со сверхпроводником порождало наведенную намагниченность в слое из золота, «перепрыгивая» через сверхпроводник. В то время, когда ученые «поворачивали» намагниченность в одну сторону, сила поля в золоте уменьшалась в 20 раз и эффект полностью пропадал. Руководить эффектом возможно кроме этого посредством температуры.

Данное явление противоречит существующим теоретическим моделям ферромагнетизма и сверхпроводимости.

«Данный эффект не был предсказан, мы весьма удивились, в то время, когда это нашли, продолжительно пробовали растолковать полученные эти посредством другого распределения намагниченности, которое было предсказано ранее, но эти не сходились. У нас имеется кое-какие предположения, но полноценного объяснения до сих пор нет. Но данный эффект дает нам новый метод манипуляции со поясницами», — прокомментировала открытие Наталья Пугач.

Быть может, на данной базе удастся создать принципиально новые спинтронные элементы.

Результаты изучения размещены в респектабельном издании Nature Physics.

Схема опыта _© M. G. Flokstra et al.

По данным Пресс-службы НИИ ядерной физики имени Скобельцына МГУ.

Создатель: Алексей Понятов

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

• Нанотрубки для диагностики рака
• «Невидимые» татуировки на теле «ледяного человека» удалось рассмотреть

Сверхпроводники: измерение сопротивления и объяснение левитации

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Прыгающие гены научили млекопитающих беременности

  Внутриутробное развитие у зверей показалось благодаря прыгающим генетическим элементам, каковые мобилизовали ветхие гены под новую задачу. У…

• Названы имена молодых ученых, удостоенных премии президента

  Премии в 2,5 миллиона рублей возьмут трое ученых и один научный коллектив. «жизнь и Наука» воображает работы лауреатов. Первая из заявленных премий…

• Новый двигатель для электромобилей

  Начальники проекта Cobham Technical Services, сохраняют надежду отыскать возможность отказаться от применения дорогих магнитных материалов в…

• Любителям виртуальной реальности предложили бегать и прыгать на месте

  Китайская компания Vue Electronic Technology создала прототип стенда, что разрешает пользователю передвигаться в виртуальном окружении посредством…