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[交流] 量子物理的最新进展：三重自旋超导电流

据PhysOrg网2月15日消息，美国布朗大学和阿拉巴马大学的科学家首次研制出通过铁磁体的远距离三重自旋超导电流，这不但颠覆了量子物理学的经典理论，而且将对电子自旋学的研究产生深远影响。
超导是在无电阻条件下传输电流，在粒子加速器、核磁共振仪以及悬浮列车等领域有广泛的应用前景。在量子物理理论中，传统的超导现象不会在铁磁体中发生。当电子穿过这些晶体材料时，会重新排列恢复电阻。然而，科学家的确观察到通过铁磁体的超导电流，只是传输距离极短。

现在，布朗大学物理学教授肖刚等科学家解决了这一问题，研制出通过特殊铁磁体的三重自旋超导电流。据介绍，研究的实验系统转换成对电子自旋，使之在新的磁体内部以三种量子状态存在。标准的电子角动量有上旋和下旋，也有一种中间态。尽管铁磁体内的三重自旋转换在理论上可行，但肖刚等进行的研究首次提供了这种现象的实验证据。

科学家也证明这种电流能相对长距离传输。以前的实验中，电流能够穿过夹在超导体中间的铁磁体，但超导体间的空隙只有一纳米。在新的系统下，间隙能够达到300纳米。肖刚教授对这一结果非常满意。他说，这项研究一直被认为是不可能的，但物理学家的答案里永远没有“不”字。他们用了八年时间完善铁磁体的研制，这种黑色磁铁约有邮票大小，只有1000个原子那么厚。为制成这种铁磁体，研究人员加热氧化铬使之气化，再将蒸气传到氧化钛薄膜上，在钛材料上包被单晶体层。然后荷兰代夫特科技大学的科学家将十二个微小的超导电极置于铁磁体上端，再用电子束切割电极，创造出300纳米的间隙。最后科学家对系统进行试验来测量电流的流动。

肖教授希望这种新型的铁磁体能够用于炙手可热的“自旋电子学”研究，开发出速度更快、结构更小、价廉物美的计算机存储和处理元件，未来的“量子计算机”不但计算速度惊人，还将广泛应用于许多的商业领域。

研究成果刊登于最新一期的《自然》杂志上。

英文原文链接参见：http://www.physorg.com/news10903.html

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