Старые идеи физики иногда снова всплывают на поверхность, открывая путь для революционных достижений. Недавнее исследование Университета Миннесоты, проведенное физиками Яшей Гиндикиным и Алексом Каменевым, возродило давно забытый теоретический механизм, предложенный Грегори Брайтом в 1929 году, известный как парное спин-орбитальное взаимодействие (PSOI). Изначально считавшееся слишком слабым для практического применения, PSOI теперь представляет собой многообещающую возможность для разработки нетрадиционных сверхпроводников.
Сверхпроводники — это материалы, которые позволяют электричеству течь без сопротивления, что делает их ключевыми для различных технологических приложений. Проблема заключается в том, чтобы открыть новые механизмы и материалы, которые увеличат их практическую полезность. Исследование Гиндикина и Каменева предполагает, что материалы, обладающие эффектом Рашбы — когда электроны ведут себя уникальным образом из-за взаимодействия между их спином и электрическим полем — могут использовать PSOI для создания сверхпроводящих состояний с исключительными свойствами.
Первоначальная работа Брайта, озаглавленная "Эффект задержки во взаимодействии двух электронов", опубликованная в Physical Review, заложила основу для понимания взаимодействий между электронами через магнитные и электрические силы в рамках квантовой механики. Хотя расчеты Брайта были точными, исправления, которые он ввел, включая PSOI, считались слишком незначительными для влияния на твердые материалы в то время.
Возрождение PSOI не только отдает дань уважения вкладу Брайта, но и открывает новые исследовательские пути в физике материалов. Этот механизм, в сочетании с уникальными свойствами материалов Рашбы, представляет собой беспрецедентную возможность для проектирования нетрадиционных сверхпроводников. Эффект Рашбы, описанный в 1960-х годах, касается того, как электроны реагируют в материалах, лишенных симметрии пространственной инверсии, что позволяет контролировать поведение электронов с помощью электрических полей.
Материалы с эффектом Рашбы, такие как BiTeI (йодид теллурида висмута), были идентифицированы как идеальные платформы для изучения этих новых предсказаний сверхпроводимости. PSOI возникает, когда два электрона образуют магнитное поле, создаваемое их относительным движением, — явление, ранее не замечавшееся из-за его кажущейся незначительности.
Модель Гиндикина и Каменева предсказывает, что сверхпроводники, индуцированные PSOI, должны демонстрировать уникальные фазовые переходы и быть очень чувствительными к структурным дефектам. Это означает, что для обнаружения этих состояний потребуются ультрачистые материалы, что представляет собой техническую задачу, которую современные технологии могут вскоре преодолеть.
Результаты этого исследования охватывают квантовую спинтронику, область, сосредоточенную на манипуляции спином электронов, а не их зарядом, для создания более эффективных технологий. Устройства, основанные на сверхпроводниках Рашбы, могут служить квантовыми переключателями или основными компонентами квантовых компьютеров. Хотя практические приложения все еще далеки, теоретическая основа, заложенная этим исследованием, представляет собой захватывающий первый шаг.
Эта связь между работой Брайта 1929 года и современным возрождением PSOI иллюстрирует, как научные идеи могут быть переосмыслены в новых контекстах. То, что когда-то казалось теоретической курьезом, теперь является ключевым для понимания экзотических явлений в современных материалах. По мере того как мы движемся к эре квантовых технологий, такие исследования, как это, освещают наш путь вперед, показывая постоянную актуальность научных идей прошлого.