Flexible Superconducting Spintronics: Geometric control of low-dissipation, long-distance information processing

Vi vil undersøke hvordan noen materialers evne til å lede strømmer uten varmetap (superledning) samspiller med andre materialer. Spesifikt vil vi utforske rollen geometri og tøyning/torsjon kan ha, og hvordan disse kan brukes til å generere og kontrollere signaler som kan anvendes i dataprosessering. Det er et prosjekt som vil utvikle vår teoretiske, grunnleggende forståelse av materialadferd, med applikasjoner innen ny design og funksjonalitet i nanoteknologi, som kan fremme målet om dramatisk reduksjon av energikostnaden av dataprosessering. Prosjektet bygger på vår etablerte ekspertise og internasjonale nettverk, og vil anvende prinsippene vi har utviklet på nye materialklasser og geometrier. Vi skal lære opp to nye forskere i teknikkene, og styrke internasjonale bånd og eksperimentelle samarbeid. Vi har som mål å avsløre nye metoder for å kontrollere og utnytte superledning, legge til rette for ny enhetsdesign og å muliggjøre nye synergier med andre grener av kvantemekanikk og relativitetsforskning.

Superconducting spintronics is a fertile arena for uncovering new fundamental physics, and may be key to dramatically reducing the energy loss associated with computation. We examine novel ways of combining the competing phases of superconductivity and magnetism, to acquire resistance-free information transport in the form of spin-polarized superconductivity. The last decades have seen great international investment in understanding the underlying physics of rigid, straight nanowires and flat thin films. This geometrical restriction places strict constraints on device design and innovation. Meanwhile, considerable experimental advances in materials design and manipulation have increasingly led the separate magnetism and superconductivity communities to consider the benefits of geometric curvature and strain in device design. To merge the benefits of these developments in superconducting spintronics and curvilinear magnetism, we have, in the last four years, developed a theoretical framework for describing superconductivity-flow in curved magnetic wires. Our SuperFlex project will apply that insight to show that geometric curvature can effectuate transformative device design and control of superconducting circuit architectures. We will examine non-equilibrium spin transport in wires and nanoinductors, and develop the theoretical framework for thin-film structures with curvature in two dimensions. We will reveal novel mechanisms for controlling the interactions between superconductivity and spintronic materials, and superconductivity and light. Our geometric spin-transport theory will provide versatile tools for probing previously unexplored synergies with fields ranging from holography and quantum optics, to sensing and cryogenic self-assembly.