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:
Обнаружена загадочная форма вещества
Физики Университета штата Мэриленд обнаружили экзотический сверхпроводник YPtBi, внутри которого электроны, взаимодействуя друг с другом, образуют квазичастицы с высоким спином. Об этом сообщается в журнале Science Advances.Ученые проанализировали электронную структуру материала, изготовленного из иттрия, платины ..
2018-04-10 7703 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 1488 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 3728 0 Научные открытия
1
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 1101 0 Научные открытия
0
Физики отследили движение электрона в молекуле
Международный коллектив ученых впервые отследил в реальном времени движение электрона в молекуле и показал, что этим процессом можно управлять. Результаты исследования представлены в журнале Science, а коротко о них сообщается в пресс-релизе МФТИ, поступившем в редакцию «Ленты.ру».Эксперименты проходили в рамках аттофизики ..
2015-10-23 1758 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 3708 0 Научные открытия
0
Раскрыта тайна спин-орбитального взаимодействия в сверхпроводимости
Международная группа исследователей при участии сотрудника МГУ выяснила, что, вопреки устоявшемуся мнению, существенную роль в механизмах формирования сверхпроводимости в железосодержащих сверхпроводниках (Fe-ВТСП) играет так называемое спин-орбитальное взаимодействие. Статья о проведенном ими исследовании была опубликована в журнале Nature Physics.Спин-орбитальным ..
2015-12-28 1549 0 Научные открытия
0
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 1313 0 Научные открытия
0
Российские физики «научили» сверхпроводники управлять магнитным полем
Сверхпроводимость, которая почти несовместима с магнитным полем, может при определенных условиях способствовать его распространению, выяснили российские ученые. Устройства на базе этого эффекта могут приблизить эпоху компьютеров будущего — спинтронных вычислительных машин. Результаты исследования опубликованы в журнале ..
2015-10-05 1486 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 2223 1 Научные открытия
0
Доказано существование новой формы материи
Международная группа исследователей доказала существование новой формы материи — экситония. Он является конденсатом экситонов — связанных друг с другом электронов и «дырок». Впервые это состояние вещества было предсказано почти 50 лет назад. Статья ученых опубликована в журнале Science. Об этом ..
2017-12-11 4712 0 Научные открытия
0
Физики создали транзистор на основе атомного спина
В журнале Nature появилось сообщение, что ученые Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) впервые смогли использовать спин единичного атома в качестве основы транзистора. Ученые проводили опыты по изучению спинового эффекта Холла. Эффект, ..
2013-06-8 1762 0 Научные открытия
0
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 2005 0 Научные открытия
0
Загадочному физическому явлению нашли объяснение
Физики из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC выяснили механизм работы аномального сверхпроводника титаната стронция, который способен проводить электричество без сопротивления несмотря на то, что не является металлом. Об этом сообщает издание Science Alert.Титанат стронция — это оксид, однако ..
2018-03-27 6022 0 Научные открытия
0
Физики научились управлять скирмионами в нанокристаллах
Антисимметричное магнитное взаимодействие приводит к возникновению в магнитоупорядоченной среде областей с обратной намагниченностью, например скирмионов. В своей новой работе американские физики предложили способ управлять этим взаимодействием с помощью бомбардировки таких областей ионами аргона с энергией около ..
2017-09-19 13020 0 Научные открытия
0