В графене открыли спиновую сверхтекучесть

Физики впервые смогли наблюдать явление спиновой сверхтекучести на больших масштабах. Этот процесс обеспечивает перенос спинов (квантовых характеристик частиц) почти без потерь и может пригодиться в развивающейся области спинтроники — квантовой электронике, которая изучает, как можно использовать перенос спинов для целей информатики. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Помимо заряда электрон также обладает спином — квантовым свойством, которое определяет, в том числе, магнитные свойства этой частицы. Ученые разрабатывают технологии, которые позволили бы использовать это свойство для создания более эффективных, чем современная электроника, устройств. Также спины благодаря своей квантовой природе подходят для хранения информации в квантовых компьютерах. Тем не менее, реализовать спинтронику на практике оказалось довольно трудно. В первую очередь это связано с тем, что в веществе спины электронов взаимодействуют с ядрами атомов, из-за чего направление спина меняется при перемещении даже на небольшое расстояние. Информация при этом, естественно, теряется.

В последнее время физики стали активно исследовать антиферромагнитные изоляторы, ширина запрещенной зоны которых подавляет спин-орбитальное взаимодействие — основную причину несохранения направления спина. Более того, физики предсказали, что в таких веществах существует спиновая сверхтекучесть. «Спиновая сверхтекучесть — это когерентный спиновый сверхток, обеспечивающий перенос спинов без потерь, подобно тому, как электроны в виде куперовских пар движутся без сопротивления в сверхпроводнике», — поясняет соавтор работы Петр Степанов из Университета штата Огайо в США. До сих пор полноценной сверхтекучести такого типа не наблюдали, а перенос спина эффективно осуществлялся на расстояния не более 10 нанометров.

Оказалось, что если поместить чистый графен в мощное магнитное поле, он становится как раз антиферромагнитным изолятором. В экспериментах авторы изучали движение частиц в таком графене в режиме квантового эффекта Холла, когда заряды могут перемещаться только в двух измерениях в присутствии магнитного поля, вектор которого перпендикулярен плоскости движения зарядов. В результате удалось обнаружить перенос спинов на расстояние в 10—100 тысяч раз больше, чем получалось в предыдущих опытах. Анализ показал, что наиболее вероятно этот феномен можно объяснить только при помощи спиновой сверхтекучести. Авторы называют эту область исследования совсем новой и надеются, что их работа станет одной из многих. В частности, ученым предстоит выяснить, возможно ли наблюдать подобный эффект в двухслойном графене и каким образом можно контролировать спины при помощи электрического поля в такой системе.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.