Een groep theoretische natuurkundigen van de Universiteit van Jyväskylä en Tampere University, Finland, en het Materials Physics Centre in San Sebastian, Spanje, leggen uit hoe supergeleiders magnetische informatie over veel grotere afstanden kunnen transporteren dan conventionele metalen. De bevinding kan nuttig zijn bij informatieverwerking waarbij magnetische materialen bij lage temperaturen worden gebruikt.

Supergeleiders dragen alles zonder op te warmen, of wel?

Bij lage temperaturen worden sommige materialen supergeleidend, wat resulteert in een verdwijnende elektrische weerstand. Als gevolg hiervan wordt een laadstroom door een supergeleider niet verwarmd. Naast lading hebben elektronen ook andere eigenschappen. Een daarvan is spin, die de interne rotatie van het elektron om zichzelf beschrijft. Spin is de eigenschap die nodig is om een ​​ander type materiaaltoestand te begrijpen:magnetisme. Magneten en supergeleiders worden zelden aangetroffen in afzonderlijke materialen. Magnetische en supergeleidende materialen kunnen echter wel naast elkaar worden geplaatst zodat ze elkaar beïnvloeden.

De nieuwe studie, gepubliceerd in Physical Review Letters , laat zien hoe supergeleiders onder bepaalde omstandigheden niet alleen laadstroom tussen metalen, maar ook spinstromen tussen magneten over relatief lange afstanden kunnen transporteren zonder overtollige warmte te produceren. Dit in tegenstelling tot gewone geleiders waar zulke wrijvingsloze spinstromen verdwijnen binnen atomaire afstanden.

Deze spinstromen kunnen worden gebruikt om magnetische interacties tussen verschillende magneten op een beheersbare manier te mediëren. Ze komen ook tot uiting in hoe de magneten reageren op externe tijdsafhankelijke stimuli, een fenomeen dat vooral wordt bestudeerd in de context van magnetisch geheugen.

Dergelijke spinstromen kunnen ongrijpbaar zijn omdat ze geen elektrische signalen produceren. Ze kunnen echter indirect worden gedetecteerd door de verandering van de magnetische configuratie. Als alternatief wijzigen ze de magnetische dynamische respons aanzienlijk. In het artikel beschrijven de onderzoekers de experimentele handtekeningen die wijzen op de aanwezigheid van wrijvingsloze stromen, zowel in statische als dynamische omgevingen.

Risto Ojajärvi, die de gedetailleerde berekening van het effect verzorgde, legt uit:"Vóór ons werk was er nogal wat verwarring over de rol van spinstromen in supergeleiders en vooral de manier waarop ze in evenwicht werken. We bieden nu een uniform beeld dat wrijvingsloze evenwichtsstromen op dezelfde voet met de gewone stromen die verwarming veroorzaken."

Het werk legt uit hoe in sommige gevallen de aanwezigheid van wrijvingsloze stromen in feite het hele systeem meer opwarmt, en niet minder zoals naïef zou worden verwacht. De verwarming vindt echter niet plaats in de supergeleider die de magneten verbindt, maar in de magneten zelf, die op efficiënte wijze spin tussen elkaar kunnen overbrengen via de supergeleider. Deze vorm van collectieve dynamiek is geheel nieuw en biedt een breed perspectief voor de engineering van dynamische magnetische toestanden. + Verder verkennen

Stromen op nanoschaal verbeteren het begrip van kwantumverschijnselen