一些超導(dǎo)體也可以攜帶旋轉(zhuǎn)電流

研究人員已經(jīng)證明，某些超導(dǎo)體 - 在非常低的溫度下帶有零電阻的電流的材料 - 也可以帶有“自旋”電流。超導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)的成功結(jié)合可以通過(guò)大幅降低能耗來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算的革命。

自旋是粒子的固有角動(dòng)量，并且通常由單個(gè)電子在非超導(dǎo)非磁性材料中攜帶。旋轉(zhuǎn)可以是“向上”或“向下”，對(duì)于任何給定的材料，旋轉(zhuǎn)都可以進(jìn)行最大長(zhǎng)度。在傳統(tǒng)的超導(dǎo)體中，具有相反自旋的電子配對(duì)在一起，使得電子流攜帶零自旋。

幾年前，劍橋大學(xué)的研究人員表明，有可能產(chǎn)生自旋對(duì)齊的電子對(duì)：上升或下降。自旋電流可由上升和下降對(duì)承載，它們以相反的方向移動(dòng)，凈充電電流為零。創(chuàng)建這種純旋轉(zhuǎn)超級(jí)電流的能力是朝著團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建超導(dǎo)計(jì)算技術(shù)的愿景邁出的重要一步，該技術(shù)可以比現(xiàn)有的硅基電子技術(shù)使用更少的能量。

現(xiàn)在，同樣的研究人員發(fā)現(xiàn)了一組促進(jìn)自旋排列電子配對(duì)的材料，使得自旋電流在超導(dǎo)狀態(tài)下比在非超導(dǎo)(正常)狀態(tài)下更有效地流動(dòng)。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Nature Materials雜志 上。

“雖然普通狀態(tài)自旋電子設(shè)備或自旋電子設(shè)備的某些方面比標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體電子設(shè)備更有效，但它們的大規(guī)模應(yīng)用已被阻止，因?yàn)楫a(chǎn)生自旋電流所需的大量充電電流會(huì)浪費(fèi)太多能量，”Mark Blamire教授說(shuō)。劍橋大學(xué)材料科學(xué)與冶金系領(lǐng)導(dǎo)該研究。“產(chǎn)生和控制自旋電流的全超導(dǎo)方法提供了一種改進(jìn)方法。”

在目前的工作中，Blamire和他的合作者使用了多層金屬薄膜，其中每層只有幾納米厚。他們觀察到，當(dāng)微波場(chǎng)施加到薄膜上時(shí)，它會(huì)使中心磁性層向其旁邊的超導(dǎo)體發(fā)射自旋電流。

“如果我們只使用超導(dǎo)體，一旦系統(tǒng)冷卻到溫度低于超導(dǎo)體時(shí)，自旋電流就會(huì)被阻斷，”Blamire說(shuō)。“令人驚訝的結(jié)果是，當(dāng)我們向超導(dǎo)體添加鉑層時(shí)，超導(dǎo)狀態(tài)下的自旋電流大于正常狀態(tài)。”

雖然研究人員已經(jīng)證明某些超導(dǎo)體可以攜帶自旋電流，但到目前為止這些超導(dǎo)體只能在短距離內(nèi)發(fā)生。研究團(tuán)隊(duì)的下一步是了解如何增加距離以及如何控制自旋電流。