Объединение сверхпроводимости со спинтроникой на границе двух материалов открывает совершенно новые перспективы

Когда два региона из сверхпроводящего материала разделены тонким слоем не сверхпроводящего материала, возникает известный квантовый эффект, эффект Джозефсона, благодаря которому два региона объединяются и действуют так, словно между ними нет разделительного слоя. А если материал разделительного слоя является полуметаллическим ферромагнетиком, то на этой границе возникает целый ряд весьма экзотических эффектов, объединяющих в себе многие свойства сверхпроводимости и спинтроники, которые могут быть использованы в будущих квантовых и спинтронных технологиях.

Не так давно все это было наглядно продемонстрировано международной группой ученых. В проведенном ими эксперименте были использованы две области из сверхпроводящего материала YBa2Cu3O7, разделенные слоем полуметаллического, ферромагнитного манганита (La2/3Sr1/3MnO3) толщиной в один микрон. И первое, что удалось заметить ученым, оказался упомянутый выше эффект Джозефсона, но действующий на необычно большом расстоянии для подобных максроскопических систем.

Кроме этого учеными была замечена еще одна интересная особенность. В обычным сверхпроводящих материалах сверхпроводимость возникает за счет объединения электронов в пары, так называемые пары Купера. Электроны, входящие в состав одной пары, имеют противоположные направления вращения, спины, что минимизирует локальную магнитную область пары в целом. Ферромагнитный материал, использованный учеными, является полуферромагнетиком, материалом, в среде которого могут циркулировать электроны только с одним направлением вращения.

Обнаружение тока через сверхпроводник и полуферромагнетик подразумевает, что пары Купера, обеспечивающие движение этого тока, состоят из электронов, имеющих одно и тоже направление вращения. Явление сверхпроводимости такого вида называет спин-триплетной сверхпроводимостью (spin-triplet superconductivity) и это является крайне и крайне редким видом.

Явление сверхпроводимости в данном случае может использоваться для создания электронных и спинтронных устройств с очень малым потреблением энергии. А факт, что сверхпроводимость обеспечивается парами электронов с одинаковым спином, может быть использован для транспортировки, чтения или записи информации, закодированной в виде спинов электронов. Кроме этого, наличие эффекта Джозефсона, который оказывает стабилизирующее воздействие на все всю структуру в целом, позволит использовать новое устройство из сверхпроводящих и ферромагнитных компонентов во множестве различных областей, включая области квантовых коммуникаций и квантовых вычислений.