Физики-теоретики из Финляндии и Германии предложили схему, в которой образование триплетных куперовских пар происходит даже при отсутствии магнитного упорядочивания или внешнего магнитного поля. Для этого они использовали два трехмерных топологических изолятора, соединенные сверхпроводником. Предложенная схема будет полезна для создания спинтронных сверхпроводящих устройств. Статья опубликована в Physical Review Letters.
При низких температурах в сверхпроводниках образуются куперовские пары — связанные состояния электронов с противоположными импульсами. Из-за того, что суммарный спин пары обязательно должен быть целым, она является бозоном, а потому куперовские пары склонны собираться в самом низком энергетическом состоянии (это явление называют бозе-конденсацией). Собственно, из-за этого материал и становится сверхпроводником. Подробнее прочитать про образование куперовских пар и различные механизмы сверхпроводимости можно в нашем материале «Ниже критической температуры».
В обычной ситуации спины электронов в паре направлены противоположно, так что их суммарный спин получается равным нулю. Такие состояния называются синглетными. Однако в некоторых случаях могут возникать состояния, в которых спины электронов направлены в одну сторону — тогда суммарный спин пары будет равен плюс или минус единице (разумеется, это никак не мешает бозе-конденсации). Такие состояния называются триплетными, по аналогии с триплетными состояниями атомов. И хотя в обычной электронике подобные нюансы роли не играют, в спинтронике — науке, которая работает со спиновыми токами — они могут играть важную роль.
На данный момент физики относительно хорошо научились создавать триплетные куперовские пары, используя магнитное упорядочивание материалов или внешнее магнитное поле. Например, такие состояния напрямую наблюдались на границах сверхпроводник-ферромагнетик. Тем не менее, магнитные поля сравнительно сложно быстро переключить, а потому управлять спинами частиц удобнее с помощью электронных процессов.
В новой статье группа из трех ученых под руководством Бьёрна Трауцеттеля (Bj
