در یک ابررسانای متعارف، جریان‌ الکتریکی توسط "جفت‌های کوپری" از الکترون‌ها حمل می‌شود. در این حالت، اسپین‌ الکترون‌ها در جهت‌های متفاوت با همدیگر جفت می‌شوند، به طوری که اسپین کل مجموعه صفر است. اعمال یک میدان مغناطیسی قوی منجر به تحریک دو الکترون به هم جهت شدن و از دست رفتن حالت جفت کوپری می‌شود که در نتیجه این امر حالت ابررسانایی از دست می‌ رود. میدان‌ های مغناطیسی ضعیف توانایی نفوذ به درون یک ابررسانای متعارف را ندارند، به طوری که خطوط میدان مغناطیسی از آن دفع می‌شود. به عنوان یک نتیجه، ابررسانایی و مغناطیس را می‌توان به صورت دو پدیده‌ای که به طور متقابل، همدیگر را طرد می‌کنند در نظر گرفت.

ازطریق چرخش اسپینی می‌توان جفت‌های کوپری با اسپین یک را در ابررساناها ایجاد کرد.

جفت‌های اسپین‌دار

اگرچه به پیش‌بینی محاسبات اخیر، با قرار گرفتن یک ابررسانا، دقیقا" در نزدیکی یک آهنربا، هر دو اسپین جفت کوپری هم جهت می‌شوند، که این امر منجر به اسپین یک برای مجموعه می‌شود. این ارتقای تئوری جالب توجه، منجر به تولد حوزه اسپینترونیک مبتنی بر ابررسانایی شده است، که به دنبال تولید ادوات الکترونیکی بر مبنای جفت‌های کوپری است. در حالی که چندین گروه تجربی مشاهده جفت‌های کوپری با اسپین یک را ادعا کرده‌اند، فیزیکدانان تاکنون موفق به شناسایی میدان‌های مغناطیسی درون مواد ابررسانایی که در مجاورت آهنربا ها بوده‌ اند، نشده‌اند.

میخایل فلکسترا از دانشگاه سنت‌اندروز و همکارانش با طراحی قطعه‌ای بنام دریچه اسپینی ابررسانا، بدنبال نگاشت این میدان از طریق اندازه‌‌گیری برهمکنش بین مغناطیس و ابررسانایی هستند. آنها از تکنیک بسیار پیچیده‌ و حساسی بنام دوران اسپینی میون کم انرژی استفاده کرده‌اند. در این روش میون‌ها از یک نمونه عبور داده می‌شوند، به طوری که اسپین میون‌ها همزمان با دوران حول میدان مغناطیسی موضعی از طریق گسیل یک پوزیترون در طول محور اسپینی دچار واپاشی می‌شود. آشکارسازی پوزیترون نرخ دوران اسپین میون را مشخص می‌کند که از این طریق می‌توان به میدان مغناطیسی موضعی پی برد. دریچه اسپینی شامل دو لایه فرومغناطیس است به طوری که از طریق یک لایه نازک فلز معمولی از هم جدا شده‌اند. کل این مجموعه زیر یک لایه از ابررسانای نیوبیوم با ضخامت 50 نانومتر قرار داده شده است. این محققان به انتظار این که هیچ تغییری در خروجی آزمایش رخ ندهد یک لایه طلا به روی دریچه اسپینی جای دادند. به گفته فلکسترا "هیچ دلیل خاصی برای انجام این کار وجود نداشت و تنها به اینکه، چرا به این چیدمان فکر نکنیم؟" این کار را انجام دادیم.

کشف طلایی

آنچه که محققان دریافتند آنها را شگفت زده نمود. آنها هیچ ردّی از یک میدان مغناطیسی درون ابررسانا پیدا نکردند، در مقابل علی رغم اینکه طلا بطور نرمال غیر مغناطیسی است، آنها یک میدان مغناطیسی درون طلا یافتند. به بیان دیگر یک آهنربا در یک طرف ابررسانا توانایی القای یک میدان مغناطیسی در طرف دیگر ابررسانا را دارد. اگرچه در این حالت هیچ میدانی داخل ابررسانا وجود ندارد. به علاوه محققان دریافتند که میدان مغناطیسی القا شده در طلا به جهت گیری نسبی میدان‌ها در دو لایه مغناطیسی در طرفین ابررسانا بستگی دارد. زمانی که دو میدان برهم عمود باشند یک میدان قوی القا خواهد شد و زمانی که موازی هستند اثر کل را می‌توان صفر لحاظ کرد. محققان چندین ایده در مورد چگونگی انتقال اسپین‌ها دارند، از جمله انتقال اسپین از طریق ابررسانا یا به کمک جفت‌های کوپری اسپین-پلاریزه.

جاکوب لیندر از دانشگاه علم وصنعت نروژ و جیسون رابینسون از دانششگاه کمبریج به این پژوهش به عنوان یک دستاورد مهم می‌نگرند. به بیان لیندر "اگرچه این دستاورد خاص شگفت زده کننده است چرا که هیچ بیان نظری شناخته شده‌ای در موردش وجود ندارد، این تحقیق می‌تواند انتظار یافتن فیزیک جدیدی را در حوزه ابررساناها و فرومغناطیس‌ها تحکّم بخشد".

نتیجه بسیار خوبی

به بیان رابینسون از سه توضیح قابل بیان در مورد این رویداد، محتمل‌ترین رویداد تولید جفت‌های کوپری با اسپین‌های پلاریزه و انتقال آنها از ابررساناست. به بیان رابینسون "این نتیجه بسیار خوبی است و در مقابل افرادی که به این نتیجه شک داشته باشند ، می‌توان از طریق تولید یک حالت ابررسانایی سه گانه شک آنها را بر طرف نمایید."

لیندر و رابینسون هر دو با فلوکسترا در مورد اهمیت این پدیده در اسیپنترونیک مبتنی بر ابررسانایی موافق هستند. به بیان لیندر "این مورد به طور موثر دریچه‌ای را جهت داشتن اسپینترونیک متعارف و غیر مبتنی بر ابررسانایی با اتلاف انرژی کمتر ارایه می‌دهد."

Superconductor induces magnetism in non-magnetic gold