Любое электронное устройство работает, управляя потоком заряженных частиц — электронов. Однако электроны могут переносить гораздо больше информации, чем просто заряд, они также вращаются подобно гироскопам вокруг разных осей.

Использование спина электронов открывает гигантские перспективы для квантовой обработки информации. Отдельная область прикладной физики, называемая спинтроникой, занимается поиском путей контроля и измерения электронного спина, а также созданием спиновых вариантов электронных затворов и схем.

В статье, опубликованной недавно журналом Nature Physics, исследователи из Гарварда рассказали о найденном ими способе обойти фундаментальное ограничение, не позволяющее сверхпроводникам переносить спиновую информацию (каждая электронная пара, распространяющаяся в сверхпроводнике, должна иметь суммарный спин, равный нулю). Правда, для этого потребовалось задействовать очень экзотические физические эффекты.

Авторы изготовили из двух сверхпроводников сэндвич, с традиционным проводником — теллуридом ртути в качестве начинки. Атомы теллурида ртути настолько тяжелы, что на электронах высокоскоростных орбиталей начинают сказываться релятивистские эффекты.

«Когда электрон двигается так быстро, его электрическое поле превращается в магнитное, которое затем вступает во взаимодействие со спином электрона, придавая одному спину больше энергии, чем другому», — рассказал Хэчень Жэнь (Hechen Ren), соавтор исследования.

Когда из близлежащего сверхпроводника в этот материал попадают куперовские пары, спины электронов начинают вращаться. Нарушение симметрии орбитального момента открывает возможность появления у пары спина, отличного от нуля.

Гарвардские физики смогли измерить спин в различных точках по пути следования электронных волн через экспериментальный образец материала. Используя внешний магнит они регулировали общий спин куперовских пар.

Это открытие обеспечивает новые возможности для записи квантовой информации и для исследования базовой природы сверхпроводимости в новых квантовых материалах.