Близость со сверхпроводником поменяла свойства ферромагнетика

Фото: open-dubna.ru

Исследователи из МФТИ обнаружили необычное спин-волновое явление в сочетаниях сверхпроводящих и ферромагнитных материалов. Спиновые волны в последнее время рассматриваются в перспективе применений в элементах альтернативной пост-кремниевой электроники. Результаты опубликованы на страницах журнала Advanced Functional Materials.

Спиновая волна представляет собой коллективные гармонические колебания ориентаций спинов, распространяющиеся внутри магнитных материалов – ферромагнетиках и ферримагнетиках. Эти материалы характеризуются спонтанной намагниченностью: они становятся намагниченными в отсутствие внешнего магнитного поля при определенной температуре . Спин (spin - вращение) — собственный магнитный момент электрона, который характеризуется ориентацией. Так называемое "обменное" взаимодействие между спинами электронов в некоторых материалах способствует коллективной ориентации спинов в одном направлении, что и приводит к возникновению спонтанной намагниченности. Ученые показали, что если такая волна распространяется вблизи сверхпроводящей поверхности, то ее скорость значительно изменится.

"Сверхпроводимость и ферромагнетизм являются антагонистическими явлениями – в их основе лежат прямо противоположные основы. Поэтому их сосуществование всегда вызывает фундаментальный интерес. Совмещение в устройствах, так называемая гибридизация, позволяет расширить функциональные возможности этих устройств или осуществить их работу на новых физических принципах", - говорит Игорь Головчанский, научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ. Традиционно, при сочетании сверхпроводящих и ферромагнитных материалов, происходит модификация сверхпроводящей составляющей системы. Однако, в этой работе при сочетании ниобия и пермаллоя — классических модельных металлических материалов, свои свойства поменяла ферромагнитная составляющая.

Для проведения исследований ученые разместили ферромагнитную пленку из сплава пермаллой на сверхпроводящей ниобиевой поверхности и измеряли сверхвысокочастотные (СВЧ) свойства этой комбинации в магнитном поле. Прохождение СВЧ сигнала вызывало прецессию магнитного момента в пермаллое - вращение вектора намагниченности вокруг направления поля. При совпадении частот СВЧ излучения с частотами резонансной прецессии магнитного момента, т.е. прецессии момента с максимальной амплитудой, в ферромагнетике наблюдался эффект резонансного поглощения излучения. Однако, резонансы происходили не на тех частотах, на которых их следовало ожидать. По словам Игоря Головчанского: “Наш ключевой экспериментальный результат - то, что эти дополнительные линии спин-волнового резонанса находятся не там где должны быть, а на более высоких частотах. Такое смещение говорит о повышении фазовой скорости спиновых волн вблизи сверхпроводящей поверхности.

 

Рисунок 2: Схема эксперимента. Несколько ферромагнитных пленок из сплава пермаллой (красным) размещены на ко-планарном волноводе, изготовленном из сверхпроводящей ниобиевой пленки   Nb (серый); изоляционные зазоры волновода показаны синим. Черные и зеленые стрелки показывают, соответственно, направление распространения СВЧ сигнала и направление внешнего магнитного поля. Ниобиевый волновод в эксперименте выполняет и роль проводника СВЧ сигнала, и роль экранирующей Мейсснеровской поверхности.

Исследователям (в составе группы из России, Германии и Нидерландов) удалось получить и теоретическое объяснение эффекта. Моделирование процессов в изучаемой системе позволило сделать вывод о том, что увеличение фазовой скорости спиновой волны в ферромагнетика происходит за счет её взаимодействия с собственным зеркальным изображением, расположенным по другую сторону сверхпроводящей поверхности, «в зазеркалье». Это изображение, в свою очередь, создаётся вследствие эффекта Мейсснера – полной экранировки магнитного потока в сверхпроводниках. Тот же эффект работает в популярном опыте с парящим над сверхпроводником магнитом.

Достигаемое в результате нового исследования лучшее понимание гибридных систем сверхпроводник/ферромагнетик в перспективе выводит на ряд практических следствий. "Повышение фазовой скорости спиновых волн может увеличить быстродействие системы или снизить энергопотребление системы за счет уменьшения прикладываемого для достижения необходимых частот магнитного поля. Глобально, результаты этой работы означают что все, что было сделано со спиновыми волнами до настоящего момента, можно переделать сочетая их со сверхпроводниками - и эти системы будут вести себя по-новому", - заключает Игорь Головчанский.

Ранее, в начале 90х, подобные работы проводились в России с керамическими системами железо-иттриевый гранат – высокотемпературный сверхпроводник (например, [БМ Лебедь и СВ Яковлев, Письма в ЖТФ 15, 19, 27 (1989)]).

Источник

Автор: Татьяна Небольсина

Последние новости Подмосковья по теме:
Близость со сверхпроводником поменяла свойства ферромагнетика

- Долгопрудный
Рисунок 1: Спиновая волна и ее зеркальное отражение в сверхпроводнике. Ферромагнетик (красный) помещается на поверхность сверхпроводника (фиолетовый).
13:59 16.08.2018 МФТИ
Рисунок 1: Спиновая волна и ее зеркальное отражение в сверхпроводнике. Ферромагнетик (красный) помещается на поверхность сверхпроводника (фиолетовый). Сверхпроводник не пускает в себя магнитные поля ферромагнетика. Это эквивалентно взаимодействию спинов в ферромагнетике (красные стрелки) с их зеркальным отображением относительно сверхпроводящей поверхности (синие стрелки). - OpenDubna.Ru
Близость со сверхпроводником поменяла свойства ферромагнетика - Дубна
Исследователи из МФТИ обнаружили необычное спин-волновое явление в сочетаниях сверхпроводящих и ферромагнитных материалов.
03:29 16.08.2018 OpenDubna.Ru
 
По теме
 
Перед началом учебного года прокуратура Московской области решила напомнить родителям учащихся и педагогам о правах детей на образование, а также разъяснить существующие требования к школьной форме и весу учебников,
18.09.2018 Красное знамя
Три плюс пять  - Красное знамя Восемь детей у жителя Рузы Радика Хамидулина и его жены Натальи Крыловой.
18.09.2018 Красное знамя
На почве ревности. Детский омбудсмен объяснила падение из окна матери с ребёнком в Орехово‑Зуеве - РТВ-Подмосковье ©   istockphoto.com Инцидент в подмосковном Орехово-Зуеве, где женщина вместе с трёхлетней дочерью сорвалась с высоты третьего этажа, спускаясь по связанным простыням, произошёл на почве ревности.
17.09.2018 РТВ-Подмосковье
Форма, ранец и поборы - Красное знамя Перед началом учебного года прокуратура Московской области решила напомнить родителям учащихся и педагогам о правах детей на образование, а также разъяснить существующие требования к школьной форме и весу учебников,
17.09.2018 Красное знамя
Инспекторы местного отдела ГИБДД по итогам минувшей недели зарегистрировали 153 нарушения правил дорожного движения, большинство административных протоколов составлено за езду без документов,
18.09.2018 Луховицкие вести
Посади свое дерево! - Дмитровский вестник «ДВ» рассказывает, как принять участие в любимой ежегодной акции по восстановлению зеленых насаждений и лесов в регионе.
18.09.2018 Дмитровский вестник
Памятная акция, посвященная 100-летию Героя Советского Союза Виктора Талалихина, состоялась в Подольске 18 сентября - Администрация г.Подольск Памятная акция, посвященная 100-летию со дня рождения Героя Советского Союза, легендарного летчика  Виктора Талалихина , состоялась 18 сентября в полдень в парке Победы поселка Кузнечики.
18.09.2018 Администрация г.Подольск
В незаконном кладоискательстве обвиняют известного краеведа Коломны - KolomnaOnline.Ru Шокирующая новость облетела на днях Коломну: сотрудники УФСБ по Москве и Московской области провели обыск в доме известного краеведа, бывшего руководителя городского нумизматического музея Михаила Амосова.
18.09.2018 KolomnaOnline.Ru
В прошедшие выходные завершились Всероссийские соревнования по восточному боевому единоборству каратэ-до дисциплина Сито-рю в рамках 11-х юношеских игр боевых искусств, которые проходили с 6 по 13 сентября в городе Анапа,
18.09.2018 Куйбышевец
Посади свое дерево! - Дмитровский вестник «ДВ» рассказывает, как принять участие в любимой ежегодной акции по восстановлению зеленых насаждений и лесов в регионе.
18.09.2018 Дмитровский вестник
Были осмотрены дома, включенные в программу "Мой подъезд", в микрорайонах Центральный, Южный, Красная Поляна, ремонтом которых занимаются УК МП "Жилкомсервис", ПИК-Комфорт, Монолит-сервис.
18.09.2018 Администрация г.о. Лобня
Поддерживая традицию по уборке территорий православных храмов, инспекторы Госадмтехнадзора Московской области привели в порядок территорию Храма Покрова Богородицы в селе Сосновка городского округа Озёры.
18.09.2018 Серебряно-Прудский вестник