Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Alternatieve superstroom gemeten over recordafstand

Elektronen die synchroon om hun as spinnen, blijken over grote afstand supergeleidend te blijven in magnetisch chroomdioxide. Elektrische stroom uit deze elektronen kan kleine magneetjes omklappen, en de supergeleidende variant levert mogelijk de basis voor een harde schijf zonder energieverlies. Publicatie in Physical Review X.

Superstroom

In 1911 ontdekte Nobelprijswinnaar Heike Kamerlingh Onnes in Leiden het principe van supergeleiding; elektrische stroom die zonder weerstand door een ijskoud metaal loopt. Met zo’n superstroom kun je zonder energieverlies elektriciteit transporteren of een elektromagneet aan laten staan. Dat is essentieel voor MRI-scanners, magneettreinen en kernfusiereactoren.

Paren

Een halve eeuw later bleek dat elektronen paren vormen en dat de (super)stroom op die manier ontsnapt aan de klassieke spelregels van elektriciteit. Natuurkundigen namen aan dat beide elektronen in tegengestelde richting om hun as spinnen, zodat de paren netto een ‘spin’ van nul hebben. Rond de eeuwwisseling bleek die aanname voorbarig. Superstromen kunnen wel degelijk een netto ‘spin’ hebben, en daarmee mogelijk ook magneetjes manipuleren.

Harde schijf

Leids natuurkundige prof. Jan Aarts heeft nu met zijn groep een draadje gemaakt van chroomdioxide, waar alleen stromen met ‘spin’ door lopen. Ze koelden het af tot een supergeleidende toestand en maten een bijzonder sterke stroom van een miljard A/m2. Dat is krachtig genoeg om magneetjes om te klappen, wat een toekomstige harde schijf zonder energieverlies wellicht mogelijk maakt. Bovendien legde de superstroom een recordafstand af van 600 nanometer. Dit lijkt een kleine afstand—bacteriën zijn groter—maar het laat de elektronparen lang genoeg leven om mee te werken.

Publicatie

Amrita Singh, Charlotte Jansen, Kaveh Lahabi, and Jan Aarts, ‘High-Quality CrO2 Nanowires for Dissipation-less Spintronics’, Physical Review X 6, 041012 (2016)

 


Afbeelding van een chroomdioxide apparaat op basis van draden, gemaakt met een elektronenmicroscoop. De groene draad is de chroomdioxide ferromagneet. De oranje draden zijn supergeleiders die nodig zijn om een supergeleidende stroom te produceren door de groene draad.