Предоставлено: Университет Ювяскюля.

Сверхпроводники переносят что-либо, не нагреваясь, или нет?

При низких температурах некоторые материалы становятся сверхпроводящими, что приводит к исчезновению удельного электрического сопротивления. Следовательно, пропускание тока заряда через сверхпроводник не нагревает его. Помимо заряда, электроны обладают и другими свойствами. Одним из них является спин , который описывает внутреннее вращение электрона вокруг самого себя. Спин — это свойство, необходимое для понимания другого типа состояния материалов: магнетизма. Магниты и сверхпроводники редко встречаются в отдельных материалах. Однако магнитные и сверхпроводящие материалы могут располагаться рядом друг с другом так, чтобы они влияли друг на друга.

Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показывает, как при определенных обстоятельствах сверхпроводники могут переносить не только ток заряда между металлами, но и спиновые токи между магнитами на относительно большие расстояния без выделения избыточного тепла. Это отличается от обычных проводников, где такие спиновые токи без трения исчезают в пределах атомных расстояний.

Эти спиновые токи можно использовать для управления магнитными взаимодействиями между различными магнитами. Они также проявляются в том, как магниты реагируют на внешние стимулы, зависящие от времени, явление, которое изучается особенно в контексте магнитной памяти.

Такие спиновые токи могут быть неуловимыми, поскольку они не производят электрических сигналов. Однако их можно обнаружить косвенно по изменению магнитной конфигурации. С другой стороны, они значительно изменяют магнитный динамический отклик. В статье исследователи описывают экспериментальные признаки, указывающие на наличие токов без трения как в статических, так и в динамических условиях.

Ристо Ояярви, предоставивший подробный расчет эффекта, объясняет: «До нашей работы существовала некоторая путаница в отношении роли спиновых токов в сверхпроводниках и особенно в том, как они действуют в равновесии. Теперь мы представляем единую картину, описывающую отсутствие трения равновесные токи наравне с обычными токами, вызывающими нагрев».

В работе объясняется, как в некоторых случаях наличие токов без трения фактически заставляет всю систему нагреваться больше, а не меньше, как можно было бы наивно ожидать. Однако нагрев происходит не в сверхпроводнике, соединяющем магниты, а в самих магнитах, которые могут эффективно передавать спин между собой через сверхпроводник. Эта форма коллективной динамики совершенно нова и открывает широкие перспективы для инженерии динамических магнитных состояний.