Ученые НИИЯФ МГУ вместе с зарубежными коллегами обнаружили эффект, с помощью которого можно построить суперкомпьютеры будущего.
Сверхпроводимость, которая почти несовместима с магнитным полем, может при определенных условиях способствовать его распространению — этот эффект обнаружили физики из НИИ ядерной физики МГУ вместе с коллегами из Британии. Ученые полагают, что устройства на базе этого эффекта могут приблизить эпоху компьютеров будущего — спинтронных вычислительных машин.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics, а также о них сообщается пресс-службой МГУ.
Сверхпроводимость очень чутко реагирует на магнитные поля: сильные магнитные поля могут разрушать ее, и наоборот: сверхпроводники полностью выталкивают из себя магнитное поле. Обычные сверхпроводники и магнитные материалы почти невозможно заставить «общаться» друг с другом из-за их противоположного упорядочения: в магнетиках поле стремится выстроить спины в одну сторону, а электроны в обычных сверхпроводниках имеют противоположные спины.
Исследователи изучили процесс взаимодействия сверхпроводимости и намагниченности для того, чтобы научиться управлять спинами (магнитными моментами) электронов и создавать технологии электроники нового типа.
Ученые проводили эксперименты с устройствами, которые называются «сверхпроводящий спиновый вентиль». Они представляют собой «сэндвичи» из нанослоев ферромагнетика, сверхпроводника и других металлов. Ученые обстреливали экспериментальные образцы мюонами — частицами, похожими на электрон, но в 200 раз тяжелее — и изучали их рассеяние. Таким образом они смогли получать данные о том, как ведет себя намагниченность в разных слоях образца.
Спиновый вентиль состоял из двух слоев ферромагнетика (кобальта), слоя сверхпроводника (ниобий) толщиной около 150 атомов и слоя золота. Было установлено, что в тех случаях, когда направления намагниченности слоев ферромагнетика были не параллельны, взаимодействие их со сверхпроводником порождало наведенную намагниченность в слое из золота, «перепрыгивая» через сверхпроводник. Когда ученые «поворачивали» намагниченность в одну сторону, сила поля в золоте уменьшалась в 20 раз и эффект почти полностью пропадал.
«Этот эффект не был предсказан, мы очень удивились, когда это нашли, долго пытались объяснить полученные данные с помощью другого распределения намагниченности, которое было предсказано ранее, но данные не сходились. У нас есть некоторые предположения, но полноценного объяснения до сих пор нет. Однако этот эффект дает нам новый способ манипуляции со спинами», — говорит Наталья Пугач из НИИ ядерной физики имени Скобельцына МГУ.
Открытие, возможно, позволит создать принципиально новые спинтронные элементы. По словам ученых, технологии сверхпроводящей спинтроники могут быть полезны для создания суперкомпьютеров, мощных серверов, где потребление энергии и выделение тепла создает значительно больше проблем, чем на обычных настольных машинах.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение