Главная / Обнаружен эффект сверхпроводимости, который может помочь в создании будущих суперкомпьютеров
20.10.2015 |
|
 Сверхпроводимость, которая является почти несовместимой с магнитным полем, при определенных условиях может способствовать намагниченности. Ученые из Научно-исследовательского института ядерной физики Московского государственного университета обнаружили этот пока что необъясненный эффект вместе с их британскими коллегами. Они предполагают, что методы, основанные на этом эффекте, могут приблизить их к будущим суперкомпьютерам: приборам спинтроники.
Исследовательская группа изучала взаимодействие между сверхпроводимостью и намагниченностью, чтобы понять, как управлять электронными спинами (магнитными моментами электронов) и создать электронику нового поколения.
В традиционной микроэлектронике информация кодируется с помощью электрических зарядов. В спиновой электронике (спинтронике) информация закодирована с помощью электронного спина, которая может быть направлена по конкретной оси или против нее. Сверхпроводящие устройства спинтроники будут требовать гораздо меньше энергии и выделять меньше тепла. Эта технология позволит создать гораздо более экономичные, стабильные вычислительные машины и суперкомпьютеры.
Главное препятствие на пути развития этих устройств заключается в том, что спины электрона и других заряженных частиц очень трудно контролировать. Результаты нового исследования показывают, что сверхпроводники могут быть полезны в процессе транспортировки спина, и ферромагнетики могут быть использованы для управления спином.
Сверхпроводящее состояние является очень чувствительным к магнитным полям: сильные магнитные поля разрушают его, но и сверхпроводники изгоняют магнитное поле полностью. Почти невозможно добиться того, чтобы заставить обычные сверхпроводящие и магнитные материалы взаимодействовать друг с другом из-за их противоположного направления магнитного упорядочения намагниченности: в магнитных слоях магнитное поле стремится выстроить спины в одном направлении, а пара Купера (БКС пара) в обычном сверхпроводнике имеет противоположные спины.
Исследователи экспериментировали с устройствами, называемыми сверхпроводящими спиновыми клапанами. Они выглядят как «сэндвич» из нанослоев ферромагнитного материала, сверхпроводника и других металлов. При изменении направления намагниченности можно контролировать ток в сверхпроводнике. Толщина слоев имеет решающее значение, потому что в случае «толстого» сверхпроводника невозможно увидеть какие-нибудь интересные эффекты.
Во время экспериментов ученые бомбардировали экспериментальные образцы мюонами (частицами, которые напоминают электроны, но при этом в 200 раз тяжелее) и проанализировали их рассеяние. Этот метод дал исследователям возможность понять, как протекает намагничивание в различных слоях образца.
Спиновые клапаны состоят из двух ферромагнитных слоев кобальта - слоя сверхпроводящего ниобия с толщиной приблизительно 150 атомов и слоя золота. В эксперименте исследователи обнаружили неожиданный эффект: при намагничивании направления в двух ферромагнитных слоях не являлись параллельными. Взаимодействие между этими слоями и сверхпроводящим слоем, полученным индуцированной намагниченностью в слое золото, «перескочило» фазу сверхпроводника. Когда ученые изменили направления намагниченности в двух слоях, которое делает их параллельным, этот эффект почти исчез: напряженность поля снизилась в двадцать раз.
Этот эффект был неожиданным для них. Учение были очень удивлены, обнаружив его. Сначала они пытались объяснить полученные результаты с другим распределением намагниченности, который был предсказано ранее, но тщетно. У них есть некоторые гипотезы, но они по-прежнему не имеют полного объяснения. Тем не менее, этот эффект позволяет использовать новый метод манипуляций со спинами.
Вполне возможно, что открытие позволит разработать принципиально новые элементы спиновой электроники. Сверхпроводящие технологии спинтроники могут помочь построить суперкомпьютеры и мощные сервера, чье потребление энергии и тепловыделение создает гораздо больше проблем, чем у обычных настольных компьютеров.
Разработка компьютерных технологий была основана на полупроводниках. Они хороши для персональных компьютеров, но когда они используются для построения суперкомпьютеров, то они производят тепло и шум, требуя мощных систем охлаждения. Спинтроника позволит решить все эти проблемы.
|
|
