Ερευνητές πρότειναν ότι μια νέα κατηγορία μαγνητικών υλικών θα μπορούσε να επεκτείνει τα ρεύματα μηδενικής αντίστασης των υπεραγωγών στα σπιν των ηλεκτρονίων. Δημοσιεύοντας τους υπολογισμούς τους στο Physical Review X, ο Kyle Monkman και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας προτείνουν πώς οι «altermagnets» (εναλλακτικοί μαγνήτες) θα μπορούσαν να επιτρέψουν σε επίμονα ρεύματα σπιν να ρέουν χωρίς διασκεδασμό.
Αν επιβεβαιωθεί πειραματικά, το φαινόμενο αυτό θα προσφέρει μια ισχυρή νέα πλατφόρμα για τη σπιντρονική (spintronics), όπου η πληροφορία κωδικοποιείται στο σπιν αντί για το ηλεκτρικό φορτίο.
Η πρόκληση της μεταφοράς σπιν στη σπιντρονική
Η ικανότητα μεταφοράς σπιν σε μεγάλες αποστάσεις αποτελεί κεντρική πρόκληση. Στα συμβατικά μέταλλα και ημιαγωγούς, τα ρεύματα σπιν φθίνουν γρήγορα λόγω φαινομένων που τυχαιοποιούν τον προσανατολισμό τους. Μια λύση που είχε προταθεί ήταν η υπεραγώγιμη σπιντρονική, η οποία συνδυάζει τη μεταφορά φορτίου χωρίς απώλειες με μαγνητικά υλικά.
Ωστόσο, αυτά τα υβριδικά συστήματα υποφέρουν από αδέσποτα μαγνητικά πεδία που παρεμβάλλονται στα κοντινά εξαρτήματα, καταστέλλοντας την υπεραγωγιμότητα.
Altermagnets: Μια νέα λύση χωρίς μαγνητικά πεδία
Οι altermagnets, που επιβεβαιώθηκαν για πρώτη φορά το 2024, προσφέρουν έναν τρόπο παράκαμψης αυτών των προβλημάτων. Όπως οι αντισιδηρομαγνήτες, έχουν μηδενική καθαρή μαγνήτιση, αποφεύγοντας τα ανεπιθύμητα πεδία. Ταυτόχρονα όμως, όπως οι σιδηρομαγνήτες, η κρυσταλλική τους συμμετοχή προκαλεί διαχωρισμό των ενεργειακών ζωνών των ηλεκτρονίων ανάλογα με το σπιν τους. Αυτός ο ασυνήθιστος συνδυασμός έχει προκαλέσει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την ικανότητά τους να φιλοξενούν αντισυμβατικές υπεραγώγιμες καταστάσεις.
Δύο συμπυκνώματα και ένα εξωτικό υπεραγώγιμο ρευστό
Η ομάδα του Monkman προτείνει ότι όταν οι altermagnets γίνονται υπεραγώγιμοι, σχηματίζουν μια εξωτική κατάσταση που αποτελείται από δύο ανεξάρτητα συμπυκνώματα: ένα από ζεύγη ηλεκτρονίων με σπιν προς τα πάνω και ένα με σπιν προς τα κάτω. Αντίθετα με τους συμβατικούς υπεραγωγούς, οι altermagnets ευνοούν ζεύγη με το ίδιο σπιν.
Αν τα δύο αυτά «ρευστά» ρέουν σε αντίθετες κατευθύνσεις, τα ηλεκτρικά τους φορτία εξουδετερώνονται, αλλά τα ρεύματα σπιν προστίθενται, δημιουργώντας ένα καθαρό υπερρεύμα σπιν χωρίς ροή φορτίου.
Προοπτικές για τεχνολογίες χαμηλής κατανάλωσης
Οι ερευνητές έδειξαν ότι αυτά τα ρεύματα παραμένουν ισχυρά ακόμα και παρουσία μαγνητικής διαταραχής, σε αντίθεση με τα συμβατικά υλικά όπου εξαφανίζονται σε μικρές αποστάσεις.
Αν και η υπεραγωγιμότητα δεν έχει παρατηρηθεί ακόμα σε γνωστούς altermagnets, πολλά υποψήφια υλικά είναι καλά μέταλλα, υποδηλώνοντας ότι υπεραγώγιμες φάσεις θα μπορούσαν να εμφανιστούν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει νέους δρόμους για τεχνολογίες βασισμένες στο σπιν με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
