Ученые IBM научились управлять спином электронов

Ученые IBM научились управлять спином электронов

Ученые из из IBM Research и Лаборатории физики твердого тела в ETH Zurich продемонстрировали новую технологию, с помощью которой можно управлять спином, направлением вращения электрона, и заставить перемещаться электроны, соблюдая строгий установленный порядок. При этом, время фиксации спина электронов было увеличено в 30 раз по сравнению с результатами предыдущих экспериментов. Теперь же время составило 1.1 наносекунду, что сопоставимо с длительностью рабочего цикла микропроцессора с тактовой частотой 1 ГГц. А это, в свою очередь, уже позволяет серьезно задуматься об использовании спинтроники в области компьютерных вычислений.

Современная вычислительная техника кодирует и обрабатывает информацию, представленную в виде электрических зарядов движущихся электронов, если говорить проще, электрического тока. Однако, как хорошо известно, такой метод имеет ряд серьезных ограничений, в то время, как размеры полупроводниковых приборов продолжают постоянно уменьшаться, они, эти приборы, неумолимо приближаются к пределу, за которым перестанет быть возможным управление потоком электронов. Спинтроника может помочь людям преодолеет этот приближающийся тупик, ведь вместо заряда электронов будет использоваться их спин, момент вращения.

В более ранее время ученые-физики наблюдали непонятный, но интересный эффект. Было замечено, что электроны, двигающиеся внутри полупроводникового материала, в некоторые моменты времени спонтанно упорядочивались и разбивались на синхронно вращающиеся пары. Такое упорядоченное движение сохранялось на расстояниях в десятки микрометров. Во время своего "вальса" некоторые электроны, словно люди во время танца, меняли свои пары, что делало их всех одной единой группой.

Ученые IBM используя чрезвычайно короткий импульс лазерного света, научились инициировать такое упорядоченное движение групп электронов, вращающихся в одном направлении. Но, вместо того, что бы спонтанно растерять ориентацию вращения, "инициированные" электроны продолжали стабильно двигаться в одном направлении, подобно потоку людей на демонстрации.

Такой метод захвата и управления спинами электронов был теоретически предложен учеными еще в 2003 году, до последнего момента времени некоторым ученым удавалось получить только неявные и косвенные признаки того, что этот эффект существует на самом деле. А ученым IBM впервые удалось инициировать и непосредственно наблюдать за этим эффектом. Используя технологию временной сканирующей микроскопии, ученые определили, что синхронное вращение электронов может соблюдаться при движении последних на расстояние более чем 10 микрометров, одну сотую миллиметра. Это, в свою очередь, уже позволяет использовать упорядоченное вращение для реализации вычислений простых логических и арифметических функций.

Конечно, путь данной технологии из лаборатории до рынка электроники будет еще невероятно долог. Исследования в области спинтроники, которые проводили ученые IBM, производились при температуре -233 градуса Цельсия. Но, в любом случае, новое открытие, сделанное учеными IBM, дает людям беспрецедентный контроль над движением магнитных "зарядов" в полупроводниковых устройствах, открывает новые возможности и перспективы для создания малогабаритной и энергосберегающей электроники.

Источник: dailytechinfo.org

Похожие новости:
Возбуждение электронов записали на видео
Инженеры из Массачусетского технологического университета записали на видео возбуждение электронов, происходящее на поверхности топологических изоляторов. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, кратко ее содержание можно прочитать на сайте университета. Записать динамику электронного феномена, который длится не более 5 пикосекунд (10-12секунд) ..
2012-09-19 1452 0 Научные открытия
0
Сверхбыстрый лазер помог изменить свойства твердых материалов
Ученые из США, Южной Кореи и Японии использовали сверхбыстрый (фемтосекундный) лазер для оперативного отслеживания изменений собственной энергии электронов и их взаимодействий в сверхпроводнике. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте ..
2014-10-07 1669 0 Научные открытия
0
Физики впервые увидели танцы электронов в молекуле
Впервые учёным удалось сфотографировать "танцы электронов" внутри молекулы. Разглядеть "объекты" на микроуровне исследователям помогла комбинация нескольких методов съёмки, пишет BBC News. Революционный прорыв совершили специалисты швейцарского исследовательского подразделения IBM (IBM Research Zurich), которые ранее ..
2012-02-27 3026 0 Научные открытия
0
Физики научились управлять переохлажденными молекулярными газами
Физики из США и Сингапура впервые научились управлять квантовым состоянием молекулярного газа. Ученым не просто удалось охладить порядка двух тысяч молекул 23Na40K до сверхнизких температур, но контролируемо перевести эти частицы из основного квантового состояния в заданное. Работа опубликована в журнале Physical Review ..
2016-06-12 1252 0 Научные открытия
0
Петаваттный лазер превратил золото в «фонтан» антиматерии
Физики из университетов Райса и Техаса обнаружили, что при воздействии сверхмощных лазеров на металлические мишени образуются потоки частиц, в которых позитроны (антиэлектроны, положительно заряженные частицы) занимают весомую долю. По словам авторов, это может оказаться важным результатом в попытке создать ..
2016-01-15 2145 0 Научные открытия
0
В атмосфере нашли источник антиматерии
Японские ученые обнаружили, что разряды молнии в атмосфере Земли приводят к рождению позитронов — античастиц электронов. Исследование опубликовано в журнале Nature, сообщается в пресс-релизе Киотского университета, размещенном на сайте EurekAlert!.В ходе наблюдений ученые обнаружили три различных типа гамма-всплесков, ..
2017-11-23 4740 0 Научные открытия
0
Ученые создали эффективные солнечные батареи
Ученые из Государственного университета Северной Каролины и Китайской академии наук нашли простой способ изменить молекулярную структуру полимера обычно используемую в солнечных элементах. Такое несложное изменение может повысить эффективность солнечных батарей более чем на 30 процентов. Полимер на основе ..
2014-01-06 2426 1 Научные открытия
3
Физики проконтролировали движение электронов с точностью до трех аттосекунд
Группа исследователей при участии российских физиков сумела провести эксперимент, в котором им впервые в мире удалось контролировать сверхбыстрые движения электронов с точностью до трех аттосекунд. Эксперимент проводился на лазере на свободных электронах FERMI, установленном в международном исследовательском центре «Elettra ..
2016-02-23 1760 0 Научные открытия
-1
Физики научились перемещать объекты по воде при помощи волн
Ученые из Австралии, Израиля и России научились с помощью волны перемещать объекты на поверхности воды. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Physics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Австралийского национального университета в Канберре. Специалисты с помощью волновых ..
2014-08-12 2148 0 Научные открытия
0
Ученые изучили биологические нанопровода
По данным исследования, информация о котором опубликована в «mBio», онлайн журнале открытого доступа Американского общества микробиологии, во вторник, 12 марта, тонкие бактериальные нанопровода становятся проводящими при наличии определенных аминокислот. Встречающиеся в природе бактерии Geobacter sulfurreducens используют эти нанопровода, называемые ..
2013-03-12 1327 0 Научные открытия
0
Физики впервые измерили слабый заряд протона
Физики впервые провели экспериментальное измерение слабого заряда протона. Статья ученых принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Лаборатории Джефферсона (Jefferson Lab), где и было сделано открытие. Слабое взаимодействие - одно из четырех ..
2013-09-18 2027 0 Научные открытия
0
Телепатия: ученые научились читать мысли
Нейрофизиологи из США заявляют, что им впервые удалось достичь ощутимых успехов в чтении человеческих мыслей и передачи их на расстоянии. Ученые научились декодировать мозговые волны в текст. Таким образом, слова, которые люди произносят про себя, стало возможным увидеть на экране компьютера, ..
2012-02-1 3171 0 Научные открытия
0
Физики научились управлять теплом при помощи магнитов
Американские физики сообщили о новом способе управления потоками тепла с помощью магнитов. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Materials, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета штата Огайо. В своем эксперименте ученые использовали миниатюрный ..
2015-03-26 3901 0 Научные открытия
1
Туннелирующие электроны показали зонную структуру глубоких слоев
Американские физики разработали новый метод визуализации зонной структуры двумерных слоев, находящихся довольно далеко от поверхности материала. Опубликованная в Science работа рассказывает о подходе, основанном на совмещении сканирующей туннельной микроскопии и фотоэлектронной спектроскопии. С помощью предложенного метода можно ..
2017-11-21 4418 0 Научные открытия
0
Физики впервые увидели «отрицательное» преломление электронов
Физики из США и Японии впервые напрямую «увидели» преломление электронов под отрицательными углами — явление, аналогичное поведению света в средах с отрицательным коэффициентом преломления. Необычный физический эффект наблюдался в графене, слое графита толщиной в один атом. По словам ученых, с его помощью можно ..
2016-10-11 2163 0 Научные открытия
0