Onderzoekers hebben aangetoond dat bepaalde supergeleiders - materialen die elektrische stroom voeren zonder weerstand bij zeer lage temperaturen - ook stromen van 'spin' kunnen dragen. De succesvolle combinatie van supergeleiding en spin zou kunnen leiden tot een revolutie in high-performance computing, door het energieverbruik drastisch te verminderen.

Spin is het intrinsieke impulsmoment van een deeltje, en wordt normaal gedragen in niet-supergeleidende, niet-magnetische materialen door individuele elektronen. Spin kan 'omhoog' of 'omlaag' zijn, en voor elk gegeven materiaal, er is een maximale lengte die spin kan worden uitgevoerd. In een conventionele supergeleider worden elektronen met tegengestelde spins aan elkaar gekoppeld, zodat een stroom elektronen nul spin draagt.

Een paar jaar geleden, onderzoekers van de Universiteit van Cambridge toonden aan dat het mogelijk is om elektronenparen te creëren waarin de spins zijn uitgelijnd:up-up of down-down. De spinstroom kan worden gedragen door opwaartse en neerwaartse paren die in tegengestelde richtingen bewegen met een netto laadstroom van nul. Het vermogen om zo'n pure spin-superstroom te creëren is een belangrijke stap in de richting van de visie van het team om een ​​supergeleidende computertechnologie te creëren die enorm veel minder energie zou kunnen verbruiken dan de huidige op silicium gebaseerde elektronica.

Nutsvoorzieningen, dezelfde onderzoekers hebben een reeks materialen gevonden die de koppeling van spin-uitgelijnde elektronen aanmoedigen, zodat een spinstroom effectiever vloeit in de supergeleidende toestand dan in de niet-supergeleidende (normale) toestand. Hun resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Natuurmaterialen .

"Hoewel sommige aspecten van spin-elektronica in normale toestand, of spintronica, zijn efficiënter dan standaard halfgeleiderelektronica, de grootschalige toepassing is verhinderd omdat de grote laadstromen die nodig zijn om spinstromen op te wekken te veel energie verspillen, " zei professor Mark Blamire van Cambridge's Department of Materials Science and Metallurgy, die het onderzoek leidde. "Een volledig supergeleidende methode voor het genereren en regelen van spinstromen biedt een manier om dit te verbeteren."

In het huidige werk Blamire en zijn medewerkers gebruikten een meerlagige stapel metaalfilms waarvan elke laag slechts enkele nanometers dik was. Ze merkten op dat wanneer een microgolfveld op de films werd toegepast, het zorgde ervoor dat de centrale magnetische laag een spinstroom uitzond in de supergeleider ernaast.

"Als we alleen een supergeleider zouden gebruiken, de spinstroom wordt geblokkeerd zodra het systeem is afgekoeld tot onder de temperatuur wanneer het een supergeleider wordt, " zei Blamire. "Het verrassende resultaat was dat toen we een platinalaag aan de supergeleider toevoegden, de spinstroom in de supergeleidende toestand was groter dan in de normale toestand."

Hoewel de onderzoekers hebben aangetoond dat bepaalde supergeleiders spinstromen kunnen dragen, tot nu toe komen deze alleen voor over korte afstanden. De volgende stap voor het onderzoeksteam is om te begrijpen hoe de afstand kan worden vergroot en hoe de spinstromen kunnen worden gecontroleerd.