Спин токи – новый функционал электроники будущего

Спин токи – новый функционал электроники будущего

Современные исследования показывают, что некоторые сверхпроводники — материалы, несущие электрический ток с нулевым сопротивлением в условиях очень низких температур, способны одновременно переносить токи «спина». Успешное сочетание сверхпроводимости и токов «спина» – этот уникальный тандем обещает привести к революции в области высокопроизводительных вычислений, резко сократив потребление энергии.

Подробнее о сверхпроводниках и электронах

Спин (Spin) – это собственный момент импульса частицы, который обычно переносится несверхпроводящими, немагнитными материалами к отдельным электронам. Спин может иметь «высокий» или «низкий» потенциал.

Для любого конкретного материала допустима максимальная величина, которая может быть перенесена. В обычном сверхпроводнике электроны с противоположными спинами спариваются, вследствие чего поток электронов несёт нулевой спин.

Несколько лет назад исследователи Кембриджского университета показали, что можно создать электронные пары, в которых спины выравниваются по значениям «высокого» или «низкого» потенциалов.

Перенос электронов с нулевым зарядом

Электроны с нулевым зарядом могут переноситься парами вверх и вниз, при движении их в противоположных направлениях. Возможность создания такого чистого спинового сверхтока является важным шагом.

По сути, речь идёт о создании сверхпроводящей вычислительной технологии, которой потребуется значительно меньше энергии, чем требует существующая кремниевая электроника.

Исследователям уже удалось обнаружить и подобрать набор материалов, которые способствуют спариванию спин выровненных электронов.

А при таком состоянии спин более эффективно протекает в сверхпроводящем состоянии. Результаты исследований публикует журнал Nature Materials.

Несмотря на тот факт, что некоторые аспекты нормальной электроники спина (спинтроники) более эффективны, чем стандартная полупроводниковая электроника, широкомасштабное применение видится ограниченным.

Объясняется ограничение большими токами заряда в процессе создания спинов, что требует слишком много энергии. Однако профессор Кембриджского университета, факультета материаловедения и металлургии – Марк Бламир (Mark Blamire), предложил способ энергетической экономии.

О работе исследователей Кембриджа 

В текущей работе Марка Бламира и его сотрудников использовался многослойный стёк металлических пленок, где каждый слой имел толщину всего в несколько нанометров.

Исследователи отметили, когда плёнки находятся в области СВЧ-поля, центральный магнитный слой начинает испускать спиновый ток в сверхпроводник, расположенный рядом.

Если используется только сверхпроводник, спиновый ток блокируется при охлаждении системы до температуры более низкой, чем требуют условия образования сверхпроводника.

Между тем удивительный результат получается, когда добавляется платиновый слой к сверхпроводнику. Спиновый ток в сверхпроводящем состоянии, в этом случае, существенно возрастает.

Однако на фоне продвинутых событий, исследователи отмечают способность некоторых сверхпроводников переносить потенциал только на короткие расстояния. Поэтому следующим шагом исследовательской группы видится понимание того, как увеличить дистанцию и как научиться контролировать спиновые токи.

По материалам: Sciencedaily



Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *