«Мы можем изменять спины электронов, прикладывая внешнее магнитное поле»
Ученые ВШЭ, МФТИ и Института физики твердого тела РАН совместно с коллегами из Англии, Швейцарии и Китая изучили свойства тонкослойной гетероструктуры «платина — ниобий». Проведенные ими эксперименты и теоретические расчеты подтвердили, что при контакте со сверхпроводником в платине возникает спин, который можно использовать как носитель информации. Платина не обладает собственным магнитным моментом, что в перспективе дает возможность создавать на базе новой структуры еще более миниатюрные чипы, чем в «традиционной» спинтронике. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Одна из важнейших задач современной науки — создание новой элементной базы для устройств обработки данных. Существующие полупроводниковые технологии близки к своему пределу, все чаще звучат опасения, что закон Мура, согласно которому количество транзисторов, которые можно разместить на одном кремниевом чипе, удваивается каждые два года, уже работает медленнее и вскоре окончательно прекратит существование. Это связано с чисто физическими ограничениями: невозможно создать транзистор размером меньше единичного атома. Следовательно, нужны устройства, которые будут работать на новых физических принципах.
Одним из перспективных подходов к этой задаче является сверхпроводниковая спинтроника. В отличие от электроники, здесь носителем информации будет не заряд электрона, а его спин, то есть ориентация оси вращения. Согласно принципу Паули, возможно два состояния: спин направлен вверх и спин направлен вниз, что дает возможность соотнести одно из них с нулем, второе — с единицей и, таким образом, записывать информацию по битам. Чтобы такие приборы могли работать, необходимо уметь управлять направлениями спинов электронов, причем по возможности избегая тепловых потерь. В сверхпроводниках электроны двигаются без сопротивления, но делают это специфическим образом, объединяясь в куперовские пары. Спин одного электрона при этом направлен вверх, второго — вниз, суммарный же спин равен нулю, и информацию, закодированную в спине, такая конструкция переносить не может. Чтобы получить пары, где оба спина направлены вверх, традиционно используют структуры, где со сверхпроводником граничит тонкий слой ферромагнитного материала. Однако у этого подхода есть недостатки, и главный из них заключается в том, что из-за собственных магнитных полей в ферромагнетиках вычислительные элементы будут влиять друг на друга.
Ирина Бобкова
Ирина Бобкова, профессор факультета физики НИУ ВШЭ, заведующая лабораторией спиновых явлений в сверхпроводниковых наноструктурах и устройствах МФТИ, поясняет: «Мы решили подойти с другой стороны. Вместо ферромагнетиков взяли платину. Она не обладает собственным магнитным моментом. Поэтому мы можем изменять нужным нам образом спины электронов, прикладывая внешнее магнитное поле. Проведенные эксперименты доказали нашу правоту».
На основе созданных учеными платино-ниобиевых «бутербродиков» можно будет построить более компактные вычислительные устройства. Эксперимент показал, что при взаимодействии тонкого слоя платины со сверхпроводником в платину благодаря эффекту близости проникают куперовские пары. С помощью магнитного поля физики частично переориентировали спины электронов этих пар, таким образом доказав возможность передавать информацию.
Научная группа включает исследователей из МФТИ, ВШЭ, Института физики твердого тела РАН (Черноголовка), Университета Сент-Эндрюс и лаборатории Резерфорда — Эпплтона (Великобритания), Института Пауля Шеррера (Швейцария) и Шанхайского университета Цзяо Тун.
Текст: Анастасия Медведева, «За науку»
Бобкова Ирина Вячеславовна
Вам также может быть интересно:
Микролазеры с квантовыми точками оказались способны работать даже при высоких температурах
Ученые из Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге исследовали, как размер резонатора влияет на температуру работы микродискового лазера с квантовыми точками в режиме двухуровневой генерации. Выяснилось, что микролазеры способны генерировать излучение на нескольких частотах даже при высокой температуре. Это позволит в будущем использовать микролазеры в фотонных интегральных схемах и передавать в два раза больше информации. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials.
Атомные часы, квантовые деньги и разноцветные алмазы: как прошел День света на факультете физики ВШЭ
В конце мая факультет физики Вышки впервые организовал День света для студентов и абитуриентов. Его целью стало погружение школьников и учащихся младших курсов в увлекательный мир науки. Ученые ВШЭ рассказывали о распространении света в галактике, демонстрировали волновую теорию света на потолке лекционного зала и опыты с получением флуоресцеина. А студенты старших курсов представили свои исследовательские работы.
Туннельный контакт помог изучить электронную структуру углеродных нанотрубок
Российские физики показали, что можно использовать туннельный контакт для спектроскопии электронных состояний углеродных нанотрубок. Предложенная технология изготовления туннельного контакта и метод спектроскопии помогут точно определять ширину запрещенной зоны нанотрубок, которая является ключевой характеристикой для разработки любых электронных устройств на их основе. Результаты работы были представлены в журнале Applied Physics Letters.
5 причин учиться на базовой кафедре квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН
Чем молодых физиков привлекает обучение в Вышке? Какие лаборатории ИСАН открыты для будущих профессоров и академиков? Выяснила новостная служба портала.
«Нам удалось быстро включить магистрантов-физиков в реальные научные исследования»
В этом году состоялся первый выпуск магистерской программы «Физика». О том, чего удалось достичь студентам, какими исследованиями они занимались во время учебы и как будет меняться программа в будущем, рассказал ее академический руководитель, директор Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау, член-корреспондент РАН Владимир Лебедев. Подать документы на программу можно до 31 июля.
Какими исследованиями занимаются в магистратуре по физике
Студенты магистерской программы «Физика» сразу приступают к исследованиям в ведущих академических институтах, участвуют в проводимых в лабораториях этих институтов экспериментах и готовят научные публикации по результатам своих работ. Рассказываем о трех исследованиях выпускников 2019 года, которые получили высокие оценки экспертов, а сами выпускники — рекомендации в аспирантуру.
В Вышке появятся первые экспериментальные лаборатории по физике
Конкурсная комиссия НИУ ВШЭ подвела итоги международного конкурса на создание физических лабораторий. Его победителями стали два проекта — лаборатория Ван-дер-Ваальсовых гетероструктур и лаборатория нанофотоники и функциональных материалов.
Как поступить в магистратуру факультета физики по результатам научных исследований
25 мая на факультете физики состоится конкурс студенческих научных работ. Его победители и призеры получат льготы при поступлении на магистерскую программу «Физика». Прием заявок на конкурс продолжается по 23 мая. Рассказываем, как он будет проходить.
«День открытых дверей»: где учатся физики
Домашняя атмосфера, лояльные преподаватели и возможность заниматься наукой уже с первого курса — так устроен один из самых молодых факультетов Вышки, факультет физики. В проекте «День открытых дверей» о нем рассказывают студенты бакалаврской программы «Физика» Арслан Галиуллин (2 курс) и Софья Лопатина (1 курс).
Ученые открыли эффект СР нарушения в распадах очарованных мезонов
Исследователи ВШЭ и Яндекса в составе коллаборации LHCb в ЦЕРН впервые обнаружили СР нарушение в распадах очарованных мезонов.21 марта представители коллаборации LHCb заявили об этом на конференции по электрослабым взаимодействиям и теориям большого объединения в Ля Туиле. Открытие может стать ключом к разгадке тайны асимметрии вещества и антивещества во Вселенной.