Forskere finder ud af, at superledere kan bære magnetisk information meget længere end konventionelle metaller

En gruppe teoretiske fysikere fra Jyväskylä Universitet og Tampere Universitet, Finland, og Materials Physics Center i San Sebastian, Spanien, forklarer, hvordan superledere kan transportere magnetisk information til meget længere afstande end konventionelle metaller. Fundet kan være nyttigt i informationsbehandling, der bruger magnetiske materialer ved lave temperaturer.

Superledere bærer noget uden at blive varmet op – eller gør de det?

Ved lave temperaturer bliver nogle materialer superledende, hvilket resulterer i en forsvindende elektrisk resistivitet. Følgelig opvarmes den ikke ved at føre en ladestrøm gennem en superleder. Udover ladning har elektroner også andre egenskaber. En af dem er spin, som beskriver elektronens indre rotation omkring sig selv. Spin er den egenskab, der er nødvendig for at forstå en anden type tilstand af materialer:magnetisme. Magneter og superledere findes sjældent i enkelte materialer. Dog kan magnetiske og superledende materialer placeres ved siden af ​​hinanden, så de påvirker hinanden.

Den nye undersøgelse, offentliggjort i Physical Review Letters , viser, hvordan superledere under visse omstændigheder kan føre ikke kun ladestrøm mellem metaller, men også spinstrømme mellem magneter til relativt lange afstande uden at producere overskydende varme. Dette er i modsætning til almindelige ledere, hvor sådanne friktionsfri spinstrømme forsvinder inden for atomare afstande.

Disse spinstrømme kan bruges til at mediere magnetiske interaktioner mellem forskellige magneter på en kontrollerbar måde. De viser sig også i, hvordan magneterne reagerer på ydre tidsafhængige stimuli, et fænomen, som især studeres i forbindelse med magnetisk hukommelse.

Sådanne spinstrømme kan være uhåndgribelige, da de ikke producerer elektriske signaler. De kan dog detekteres indirekte ved ændringen af ​​den magnetiske konfiguration. Alternativt modificerer de den magnetiske dynamiske respons betydeligt. I artiklen beskriver forskerne de eksperimentelle signaturer, der indikerer tilstedeværelsen af ​​friktionsfri strøm, i både statiske og dynamiske indstillinger.

Risto Ojajärvi, som leverede den detaljerede beregning af effekten, forklarer:"Før vores arbejde var der en del forvirring om spinstrømmes rolle i superledere og især måden, de fungerer på i ligevægt. Vi giver nu et samlet billede, som beskriver friktionsfri ligevægtsstrømme på samme fod med de almindelige strømme, der forårsager opvarmning."

Værket forklarer, hvordan tilstedeværelsen af ​​friktionsfri strømme i nogle tilfælde faktisk får hele systemet til at varme op mere, og ikke mindre, som man naivt kunne forvente. Opvarmningen sker dog ikke i superlederen, der forbinder magneterne, men i selve magneterne, som effektivt kan overføre spin mellem hinanden gennem superlederen. Denne form for kollektiv dynamik er helt ny, og den giver et bredt perspektiv til konstruktion af dynamiske magnetiske tilstande. + Udforsk yderligere

Nanoskalastrømme forbedrer forståelsen af ​​kvantefænomener