在超导自旋电子学中发现了磁效应的基础机制

自旋电子学的新兴领域利用电子自旋和磁化。这可以增强计算机硬盘的存储容量，并可能在量子计算的未来发挥重要作用。超导体 - 铁磁(SF)结构被广泛认为是这种超导自旋电子技术的构件。更传统的自旋电子器件通常需要大电流，因此研究人员正在研究低电阻超导体的可行性。他们的新结果可以回答有关SF结构如何相互作用的长期问题。

一个国际研究小组最近在AIP出版社的应用物理快报中揭示了SF结构中远程电磁邻近效应的一般机制。他们解释说，SF相互作用导致了铁磁体对超导体的杂散磁场的强烈扩散。该小组的研究结果可以帮助确定为什么铁磁薄膜在比理论预测更长的距离处将磁场转移到相应的超导体。

“我们希望我们的工作不仅可以解释现有的超导体 - 铁磁体结构电动力学的令人费解的实验数据，而且还将为任何超导自旋电子器件的电动力学分析奠定基础，”Alexander Buzdin和Alexander Mel'nikov，该论文的作者在一份联合声明中说。

在自旋电子器件中使用磁性层来改变和读取相邻导电材料中的电子的自旋信号。在极低温超导自旋电子学中，被称为Cooper对的束缚电子穿透铁磁层。这又加速了超导载流子以在超导体中感应出电流。

科学家此前认为，系统的超导和铁磁部件之间的相互作用仅发生在穿透相邻铁磁体的超导Cooper对之间。Buzdin解释了在正常的非超导金属的情况下，例如，磁场在从铁磁体到金属层的相反方向上的扩展仅在原子长度尺度上是可能的。“对于超导材料，人们认为这种扩散的规模[小]是Cooper对的大小，大约10纳米，”Buzdin说。

然而，其他小组最近的实验结果表明，超导体中的磁场可能比预期的大一个数量级。为了开始解决这个难题，该小组在超导体和铁磁体组件接触之前和之后对SF双层系统进行了建模。他们发现屏蔽电流伴随着穿透磁场，而这些杂散场在超导体的正常状态下不存在。

通常用于描述局部磁场的磁矢量电势是超导体中杂散场区域中唯一的非零电磁特性。在这些条件下，在正常金属中通常不能观察到矢量势。这导致Buzdin及其同事得出结论，Cooper对通过直接邻近效应渗透到铁磁体中是造成铁磁体内部的超电流流动以及由此产生的超导元件内部产生磁场的补偿超电流的出现。

该团队计划进一步研究SF结构的电动力学，并利用他们的发现有朝一日创造出新型的自旋阀，可用于磁传感器和计算机存储设备。