science >> Wetenschap >  >> Fysica

Recordafstand voor alternatieve superstroom

Elektronenmicroscoopbeeld van een chroomdioxide-apparaat op basis van draden. De groene draad is de chroomdioxide-ferromagneet. De oranje draden zijn supergeleiders en zijn nodig om een ​​supergeleidende stroom door de groene draad te produceren. Credit:Leids Instituut voor Natuurkunde

Onderzoekers hebben ontdekt dat elektronen die synchroon rond hun as draaien, supergeleidend blijven over grote afstanden binnen magnetisch chroomdioxide. Elektrische stroom van deze elektronen kan kleine magneten omdraaien, en zijn supergeleidende versie zou de basis kunnen vormen van een harde schijf zonder energieverlies. De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordeling X .

In Leiden in 1911, Nobelprijswinnaar Heike Kamerlingh Onnes ontdekte het principe van supergeleiding; elektrische stroom die zonder enige weerstand door ijskoud metaal vloeit. Deze superstroom kan elektriciteit transporteren of een elektromagneet van stroom voorzien zonder energieverlies, een essentiële eigenschap voor MRI-scanners, maglev-treinen en kernfusiereactoren.

Een halve eeuw later, wetenschappers ontdekten dat elektronen paren lijken te vormen, waardoor de superstroom kan ontsnappen aan de klassieke regels van elektriciteit. Natuurkundigen gingen ervan uit dat beide elektronen in tegengestelde richtingen om hun as draaien, zodat de paren een netto 'spin' van nul hebben. Rond de eeuwwisseling die veronderstelling bleek voorbarig. Superstromen kunnen, inderdaad, een netto 'spin hebben, ' en mogelijk zelfs kleine magneten manipuleren.

Leids natuurkundige prof. Jan Aarts en zijn groep hebben nu een draad gemaakt van chroomdioxide, die alleen stromen met 'spin' voert. Ze koelden het af tot een supergeleidende toestand en maten een bijzonder sterke stroom van een miljard A/m 2 . Dat is krachtig genoeg om magneten om te draaien, mogelijk toekomstige harde schijven mogelijk te maken zonder energieverlies. Bovendien, de superstroom besloeg een recordafstand van 600 nanometer. Dit lijkt een klein stukje - bacteriën zijn groter - maar het laat elektronenparen lang genoeg overleven voor praktisch gebruik.