Международной исследовательской группе удалось получить всестороннее представление о необычном явлении. Исследователям впервые удалось напрямую измерить спин электронов в материале, демонстрирующем квантовый спиновый эффект Холла, который был теоретически предсказан в 2004 году и впервые обнаружен в 2007 году.
Удивительно, но спиновые токи текут без какого-либо внешнего стимула благодаря внутренней структуре материала. Поток информации без потерь, даже при незначительных нарушениях. Это прокладывает путь к отказоустойчивым квантовым компьютерам и источнику спиновых токов.
Спин является квантово-механическим свойством элементарных частиц и, как правило, проявляется в двух вариациях. Именно это делает его пригодным для использования в качестве носителя бинарной информации. Например, в жестких дисках спины уже используются для хранения цифровой информации.
В 2007 году физики из Германии и США наблюдали новое явление, которое может сделать возможным транспортировку и электрическую обработку информации в будущих носителях информации почти без потерь - квантовый спиновый эффект Холла. Это открытие было названо журналом Science одним из десяти самых важных научных прорывов 2007 года.
Первое исследование, в котором удалось непосредственно наблюдать за вращением движущихся частиц, было опубликовано 13 февраля в журнале Science международной исследовательской группой, в которую входил доктор Густав Бильмайер из Forschungszentrum Jülich, член Ассоциации Гельмгольца. До сих пор квантовый спиновый эффект Холла можно было доказать только косвенно.
"Нам удалось впервые показать, что два спиновых тока текут в противоположных направлениях в краевой области сплава висмута и сурьмы. Внешний подвод энергии не требуется, потерь быть не может", - пояснил доктор, Густав Бильмайер из Юлихского института исследований твердого тела. Причинами этого удивительного явления являются взаимодействия внутри материала. Особый интерес для материаловедов представляет тот факт, что дефекты материала не влияют на спиновые токи. «Это означает, что материалы, известные как топологические материалы, имеют спиновые токи, которыми можно управлять электрически, и поэтому подходят для использования в качестве источников спина. Они даже могут проложить путь к отказоустойчивым квантовым компьютерам», - сказал Бильмайер. «Наш процесс позволит в будущем проверять пригодность материалов для этой цели».
В текущем исследовании используются теоретические расчеты и фотоэлектронная спектроскопия. Фотоны в синхротронном пучке вызывают испускание электронов с поверхности материала. Распределение энергии и импульса, а также спин частиц могут быть использованы для получения конкретной информации о возникновении квантового спинового эффекта Холла. Предыдущие методы основывались на измерении проводимости материалов при переменных напряжениях.
Спины для обработки данных
Вращения - горячая тема в исследованиях. Физики и наноэлектрики возлагают большие надежды на так называемую спиновую электронику. Спиновая электроника использует не только электрический заряд электронов и ядер, но и их вращение, и поэтому должна привести к развитию новых подходов к обработке и кодированию информации при обработке информации.
Таким образом, реальностью могут стать более быстрые, компактные и энергоэффективные компьютеры, а также совершенно новые компоненты, способные выполнять ряд различных функций, таких как хранение, логика и связь. Одной из самых выдающихся идей является квантовый компьютер. Что касается концепций спиновой электроники, ученые, проводящие фундаментальные исследования, отчаянно ищут новые материалы и явления, которые позволят управлять как ориентацией спина, так и потоком спина.