Superprevodnost, ki je usposobljena za spodbujanje magnetizacije: Ugotovljen učinek superprevodnosti, ki bo pomagal ustvariti prihodnje superračunalnike | 2020

Vsebina:

Anonim

Raziskovalna skupina, ki je vključevala Natalijo Pugach s Skobeltsinovega inštituta za jedrsko fiziko, je proučevala interakcije med superprevodnostjo in magnetizacijo, da bi razumela, kako nadzorovati elektronske zavore (elektronske magnetne momente) in ustvariti novo generacijo elektronike.

Pri tradicionalni mikroelektroniki so informacije kodirane preko električnih nabojev. V spinski elektroniki - ali spintroniki - so informacije kodirane preko spina elektronov, ki je lahko usmerjen vzdolž ali proti določeni osi.

"Superprevodne spintronske naprave bodo zahtevale veliko manj energije in oddajale manj toplote. To pomeni, da bo ta tehnologija omogočila ustvarjanje veliko bolj ekonomičnih in stabilnih računalniških strojev in superračunalnikov," - pojasnjuje Natalya Pugach.

Glavna ovira pri razvoju teh naprav je v tem, da je vrtenje elektrona in drugih nabitih delcev zelo težko nadzorovati. Rezultati tega novega raziskovanja kažejo, da so superprevodniki lahko koristni pri transportu z spinom, feromagnetike pa lahko uporabimo za nadzor vrtljajev.

Superprevodno stanje je zelo odzivno občutljivo na magnetna polja: močno magnetno polje ga uničuje, toda superprevodniki popolnoma iztisnejo magnetno polje. Skoraj nemogoče je, da bi navadni superprevodniki in magnetni materiali medsebojno vplivali zaradi nasprotne magnetne smeri magnetizacije: v magnetnih slojih se magnetno polje nagiba k razporeditvi vrtljajev v eno smer, Cooperjev par (BCS par) v navadnih superprevodniki imajo nasprotna spina.

"Moji sodelavci so eksperimentirali z napravami, imenovanimi superprevodni spin-ventili. Izgledajo kot" sendvič ", narejen iz nanometrov feromagnetnega materiala, superprevodnika in drugih kovin, s spreminjanjem smeri magnetizacije pa je mogoče nadzorovati tok v superprevodniku. plasti je ključnega pomena, saj v primeru "debelega" superprevodnika ni mogoče videti nobenih zanimivih učinkov, "- pojasnjuje Natalya Pugach.

V poskusih so znanstveniki bombardirali eksperimentalne vzorce z mionom (delci, ki so podobni elektronom, vendar 200-krat težji) in analizirali njihovo disipacijsko sipanje. Ta metoda je raziskovalcem omogočila, da razumejo, kako poteka magnetizacija v različnih plasteh vzorca.

Spin-ventil je sestavljen iz dveh feromagnetnih kobaltnih plasti, enega superprevodnega niobijskega sloja debeline približno 150 atomov in plasti zlata. V eksperimentu so raziskovalci odkrili nepričakovani učinek: ko smeri magnetizacije v dveh feromagnetnih plasteh nista bili vzporedni, je interakcija med temi plastmi in superprevodnim slojem povzročila inducirano magnetizacijo v zlati plasti, ki je "presegla" superprevodnik. Ko so znanstveniki spremenili smeri magnetizacije v dveh plasteh, zaradi česar so bili vzporedni, je ta učinek skoraj izginil: intenzivnost polja se je dvakrat zmanjšala.

"Ta učinek je bil nepričakovan. Zelo smo bili presenečeni, da smo ga odkrili. Prej smo poskušali razložiti rezultate z drugim vzorcem porazdelitve magnetizacije, ki je bil napovedan že prej, vendar zaman. Imamo nekaj hipotez, vendar še nimamo popolne razlage. Ampak vseeno ta učinek nam omogoča, da uporabimo novo metodo manipulacij s spinovi, «- pravi Natalya Pugach.

Popolnoma je možno, da bo razvoj omogočil razvoj konceptualno novih spintronskih elementov. Po mnenju Natalije Pugach lahko superprevodne tehnologije spintronike pomagajo zgraditi superračunalnike in zmogljive strežnike, katerih poraba energije in emisije toplote ustvarjajo veliko več težav kot v primeru običajnih namiznih računalnikov.

"Razvoj računalniških tehnologij je temeljil na polprevodnikih. Dobri so za osebne računalnike, toda ko uporabite te polprevodnike za izdelavo superračunalnikov, proizvajajo toploto in hrup, zahtevajo močne hladilne sisteme. Spintronics omogoča reševanje vseh teh problemov," - Natalya Pugach zaključuje.