Supraleitung zur Förderung der Magnetisierung trainiert: Supraleitungseffekt entdeckt, der helfen wird, zukünftige Supercomputer zu schaffen | 2020

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Anonim

Das Forscherteam, zu dem auch Natalya Pugach vom Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics gehörte, untersuchte die Wechselwirkungen zwischen Supraleitung und Magnetisierung, um zu verstehen, wie Elektronenspins (elektronenmagnetische Momente) gesteuert und die neue Generation der Elektronik geschaffen werden kann.

In der traditionellen Mikroelektronik werden Informationen über die elektrischen Ladungen codiert. In der Spinelektronik - oder Spintronik - werden Informationen über den Elektronenspin codiert, der entlang oder gegen eine bestimmte Achse gerichtet sein kann.

"Supraleitende Spintronic-Geräte werden viel weniger Energie verbrauchen und weniger Wärme abgeben. Dies bedeutet, dass mit dieser Technologie viel wirtschaftlichere und stabilere Rechenmaschinen und Supercomputer hergestellt werden können", erklärt Natalya Pugach.

Das Haupthindernis für die Entwicklung dieser Vorrichtungen liegt in der Tatsache, dass die Spins des Elektrons und anderer geladener Teilchen sehr schwer zu kontrollieren sind. Die Ergebnisse dieser neuen Forschung zeigen, dass Supraleiter beim Transport von Spins nützlich sein können und Ferromagnete zur Steuerung von Spins eingesetzt werden können.

Der supraleitende Zustand reagiert sehr empfindlich auf Magnetfelder: Starke Magnetfelder zerstören ihn, und Supraleiter vertreiben das Magnetfeld vollständig. Es ist nahezu unmöglich, gewöhnliche Supraleiter und magnetische Materialien aufgrund ihrer entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung in Wechselwirkung zu bringen: In Speichern mit magnetischen Schichten tendiert das Magnetfeld dazu, Spins in einer Richtung anzuordnen, und das Cooper-Paar (BCS-Paar) in gewöhnlicher Richtung Supraleiter haben entgegengesetzte Spins.

"Meine Kollegen haben mit Geräten experimentiert, die als supraleitende Spinventile bezeichnet werden. Sie sehen aus wie ein" Sandwich "aus Nanoschichten aus ferromagnetischem Material, Supraleiter und anderen Metallen. Durch Ändern der Magnetisierungsrichtung ist es möglich, den Strom im Supraleiter zu steuern. Die Dicke Die Anzahl der Schichten ist entscheidend, da beim "dicken" Supraleiter keine interessanten Effekte zu sehen sind ", erklärt Natalya Pugach.

Während der Experimente beschossen die Wissenschaftler die experimentellen Proben mit Myonen (Teilchen, die Elektronen ähneln, aber 200-mal schwerer sind) und analysierten ihre Streuung der Dissipation. Diese Methode gab den Forschern die Möglichkeit zu verstehen, wie die Magnetisierung in verschiedenen Schichten der Probe abläuft.

Das Spinventil bestand aus zwei ferromagnetischen Kobaltschichten, einer supraleitenden Niobschicht mit einer Dicke von ungefähr 150 Atomen und einer Goldschicht. In dem Experiment entdeckten die Forscher einen unerwarteten Effekt: Wenn die Magnetisierungsrichtungen in zwei ferromagnetischen Schichten nicht parallel waren, verursachte die Wechselwirkung zwischen diesen Schichten und der supraleitenden Schicht eine Magnetisierung in der Goldschicht, wodurch der Supraleiter "übersprungen" wurde. Als die Wissenschaftler die Magnetisierungsrichtungen in zwei Schichten parallel veränderten, verschwand dieser Effekt fast: Die Feldintensität nahm um das Zwanzigfache ab.

"Dieser Effekt war unerwartet. Wir waren sehr überrascht, ihn zu entdecken. Zuvor haben wir versucht, die Ergebnisse mit einem anderen vorhergesagten Magnetisierungsverteilungsmuster zu erklären, aber vergeblich. Wir haben einige Hypothesen, aber wir haben immer noch keine vollständige Erklärung Trotzdem erlaubt uns dieser Effekt, die neue Manipulationsmethode mit Drehungen anzuwenden "- sagt Natalya Pugach.

Es ist durchaus möglich, dass das Ergebnis die Entwicklung konzeptionell neuer spintronischer Elemente ermöglicht. Natalya Pugach zufolge könnten supraleitende Spintronics-Technologien beim Bau von Supercomputern und leistungsstarken Servern helfen, deren Energieverbrauch und Wärmeabgabe weitaus mehr Probleme verursachen als bei herkömmlichen Desktop-Computern.

"Die Entwicklung von Computertechnologien basierte auf Halbleitern. Sie sind gut für PCs, aber wenn man diese Halbleiter zum Bau von Supercomputern verwendet, erzeugen sie Wärme und Rauschen und erfordern leistungsstarke Kühlsysteme. Mit Spintronics können all diese Probleme gelöst werden", - Natalya Pugach schließt.