Forskare har visat att vissa supraledare - material som bär elektrisk ström med noll motstånd vid mycket låga temperaturer - också kan bära strömmar av "spin". Den framgångsrika kombinationen av supraledning och spinn kan leda till en revolution inom högpresterande datoranvändning, genom att dramatiskt minska energiförbrukningen.

Spinn är en partikels inneboende rörelsemängd, och bärs normalt i icke-supraledande, icke-magnetiska material av enskilda elektroner. Spinn kan vara 'upp' eller 'ner', och för varje givet material, det finns en maximal längd som spinn kan bäras. I en konventionell supraledare är elektroner med motsatta spinn ihopparade så att ett flöde av elektroner bär noll spinn.

Några år sedan, forskare från University of Cambridge visade att det var möjligt att skapa elektronpar där spinnen är riktade:upp-upp eller ner-ner. Spinströmmen kan bäras av upp-upp-och-ner-par som rör sig i motsatta riktningar med en nettoladdningsström på noll. Möjligheten att skapa en sådan ren spin-superström är ett viktigt steg mot teamets vision att skapa en supraledande datorteknik som skulle kunna använda betydligt mindre energi än den nuvarande kiselbaserade elektroniken.

Nu, samma forskare har hittat en uppsättning material som uppmuntrar ihopparningen av spinnjusterade elektroner, så att en spinnström flyter mer effektivt i det supraledande tillståndet än i det icke-supraledande (normala) tillståndet. Deras resultat redovisas i tidskriften Naturmaterial .

"Även om vissa aspekter av normal spinelektronik, eller spintronics, är mer effektiva än vanlig halvledarelektronik, den storskaliga tillämpningen har förhindrats eftersom de stora laddningsströmmar som krävs för att generera spinnströmmar slösar bort för mycket energi, " sa professor Mark Blamire vid Cambridges institution för materialvetenskap och metallurgi, som ledde forskningen. "En helt supraledande metod för att generera och kontrollera spinströmmar erbjuder ett sätt att förbättra detta."

I det pågående arbetet, Blamire och hans medarbetare använde en stapel av metallfilmer i flera lager där varje lager bara var några nanometer tjockt. De observerade att när ett mikrovågsfält applicerades på filmerna, det fick det centrala magnetiska lagret att avge en spinnström in i supraledaren bredvid.

"Om vi ​​bara använde en supraledare, spinnströmmen blockeras när systemet kyls under temperaturen när det blir en supraledare, " sa Blamire. "Det överraskande resultatet var att när vi lade till ett platinaskikt till supraledaren, spinnströmmen i supraledande tillstånd var större än i normalt tillstånd."

Även om forskarna har visat att vissa supraledare kan bära spinnströmmar, än så länge förekommer dessa bara över korta avstånd. Nästa steg för forskargruppen är att förstå hur man kan öka avståndet och hur man kontrollerar spinnströmmarna.