Спостережувані триплетные куперовские пари в надпровіднику

Фізики з Університетів Кембриджа, Констанца (Німеччина) та Норвезького Науково-Технологічного Інституту вперше безпосередньо показали існування триплетных станів куперовських пар на кордонах надпровідник-феромагнетик. Такі стани можуть відкрити можливості для створення спинтронных пристроїв, що працюють без втрат сигналу.

Головна теорія, що описує явище надпровідності, —теорія Бардіна-Купера-Шриффера — пояснює протягом струму без втрат утворенням так званих куперовських пар. Це особливі пов’язані стани, в яких два електрони володіють протилежними імпульсами і спинами. Вони називаються спін-синглетными.

Головною особливістю феромагнетиків є сонаправленность спінів зовнішніх електронів. Тобто на кордоні цих двох матеріалів виникає невідповідність між «бажаними» станами. Для цих областей теоретично передбачено існування станів з більшою енергією. Такі стани носять назву спін-триплетных, спини у них можуть бути протилежно спрямованими (тоді сумарний спін пари залишається нульовим), або сонаправленными (спін дорівнює +/-1).

Автори роботи поставили експеримент, метою якого рази було спостереження триплетных станів. Для цього на сапфірі виростили багатошарову структуру, що складалася з тонкого шару ніобію (6,5 нанометрів товщиною), поверх якого був нанесений шар гольма (9,5 нанометрів) — феромагнетика з нерівномірною намагніченістю,поверх якого знову був нанесений шар надпровідного ніобію(20 нанометрів). Досліджувався контакт між двома верхніми шарами, нижній шар ніобію виконував допоміжну роль. Фізики дослідили цей «сендвіч», охолоджений до 290 милликельвинов, з допомогою методів скануючої тунельної мікроскопії.

З допомогою дуже тонкої голки з сплаву іридію і платини вчені вимірювали струм між поверхнею структури і голкою, в залежності від прикладеної напруги та напруженості магнітного поля в зразку. Цей струм виникає за рахунок тунелювання електронів і у звичайних надпровідників існує певна величина напруги, при якому він починає текти. Відстань на графіку, відповідне відсутності струму, називають надпровідної щілиною.

Виявилося, що при наявності в зразку прошарку гольма,всередині цієї щілини виникали нові піки провідності. Їх форма і положення збіглися з теоретичними передбаченнями для триплетных станів, що і стало доказом їх існування.

Раніше різні групи учених вже робили спроби спостереження триплетных станів у системах надпровідник-феромагнетик. Однак вимірювання, які проводили фізики раніше були непрямими і лише фіксували зменшення енергії зв’язку між надпровідними електронами.

Новий результат означає, що в надпровідниках можуть існувати (і є) такі триплетные стану. Оскільки сумарний спін у них відмінний від нуля, такі шаруваті прилади можуть виступати в якості провідників спінів, що важливо для різних областей спінтроніки. Так само як і передача електричного струму, передача електронних спінів в таких пристроях може відбуватися без втрат.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *