Сверхпроводники могут ускорять движение особых волн внутри магнитных материалов, способных стать основой компьютеров будущего. К такому выводу пришли российские и зарубежные ученые, опубликовавшие статью в журнале Advanced Functional Materials.

«Сверхпроводимость и ферромагнетизм — антагонистические явления, в их основе лежат прямо противоположные вещи. Поэтому их сосуществование всегда вызывает фундаментальный интерес. Их совмещение позволяет увеличить быстродействие системы или снизить энергопотребление системы», — рассказывает Игорь Головчанский, физик из МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Все сверхпроводники обладают необычным свойством — они «не любят» магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится «обычным» материалом.

Ученых давно интересует то, как этот феномен, который они называют «эффектом Мейснера», будет влиять на поведение различных магнитных материалов, которые сегодня применяются для создания носителей информации и вычислительных приборов. Сделать это не так просто, так как нужно, чтобы ни тот, ни другой материал не потеряли своих свойств и при этом ученые могли наблюдать за тем, что происходит внутри них.

Экспериментируя со своеобразными «бутербродами» из сверхпроводника на базе ниобия и магнитного материала на базе сплава железа и никеля, Головчанский и его коллеги открыли необычный эффект, о существовании которого раньше ученые не подозревали.

Обстреливая эту структуру пучками микроволн, физики заметили, что магнитный материал сильнее всего взаимодействовал и поглощал это излучение совсем не на тех частотах, которые предсказываются теорией. Дальнейшие опыты показали, что масштабы этих сдвигов очень сильно зависели от температуры сверхпроводника и некоторых других его свойств.

Причиной этого, как выяснилось в ходе последующих опытов и теоретических изысканий, было то, что сверхпроводник ускорил движение так называемых спиновых волн. Этим словом ученые называют особые коллективные колебания электронов внутри магнитных материалов, связанные с изменениями в характере их «вращения» вокруг собственной оси.

Движение этих волн меняет намагниченность того материала, внутри которого они существуют, что можно использовать для передачи информации и массы других целей. Соответственно, сверхпроводник каким-то образом повышает фазовую скорость этих колебаний, что меняет характер взаимодействия магнитных материалов с микроволновым излучением.

Как предполагают Головчанский и его коллеги, спиновые волны ускоряются за счет того, что они взаимодействуют со своеобразным «зеркальным отражением» самих себя, которое возникает на поверхности сверхпроводника из-за работы эффекта Мейсснера.

Ученые надеются, что результаты их опытов и связанная с ними теория помогут ученым, создающим «компьютеры будущего» на базе спиновых волн, улучшить их быстродействие и понизить энергопотребление, объединив их со сверхпроводниками.