Veľký objav v elektronike: Vedcom sa podarilo prerušiť spojenie medzi spinom a orbitálnym stavom

Pri navrhovaní elektronických zariadení vedci hľadajú stále nové spôsoby ako meniť tri základné vlastnosti elektrónov, a to ich náboj, ich spin, ktorý ovplyvňuje magnetizmus a tvar orbitálov, teda priestoru, v ktorom sa vyskytuje elektrón v atóme. 

Až doteraz sa zaužívalo, že pokiaľ by sa zmenil stav spin elektrónu, zmení sa aj stav orbitálu. Tieto zmeny sú pritom základom moderných informačných technológií, ako o tom informuje portál Phys.

Nová generácia zariadení

Štúdia Národného urýchľovacieho laboratória SLAC amerického ministerstva energetiky však ukazuje, že pulz lasera môže zmeniť stav spinu jednej triedy materiálu, pričom orbitál ostane neporušený.

„Naše výsledky naznačujú novú cestu na výrobu budúcej generácie logických a pamäťových zariadení založených na orbitónii,“ uviedol Lingjia Shen ako jeden z vedúcich pracovníkov SLAC a ďalej uvádza: „Vyvoláva to možnosť, aby sme mohli samostatne kontrolovať spin materiálu a orbitály, a zároveň používať rôzne variácie tvaru orbitálov, keďže hodnoty 0 a 1 sú potrebné na výpočet a ukladanie informácií do počítačových pamätí.“

Tím študoval kvantový materiál na základe oxidu mangánu, známy tiež ako NSMO, ktorý tvorí extrémne tenké kryštalické vrstvy a používa sa už 30 rokov v zariadeniach, kde sa informácie ukladajú do magnetického poľa a využíva sa pritom prepínanie spinového stavu.

Tento materiál je sľubným kandidátom na výrobu budúcich počítačov a pamäťových zariadení založených na skyrmiónoch – malých časticiach vytvorených magnetickým poľom spinom elektrónov.

Až 10-tisíckrát rýchlejšie

NSMO je tiež veľmi komplexný a na rozdiel od polovodičov, či iných známych materiálov, je NSMO kvantový materiál, ktorého elektróny sa správajú kooperatívne či korelujú. Tým sa líšia od elektrónov ostatných materiálov, ktoré sa správajú nezávisle.

Skúmanie tohto typu materiálu prebieha tak, že je zasiahnutý laserom, aby sa zistilo, ako jeho stavy reagujú na prísun energie. To urobil aj tím vedcov a pozoroval, čo sa stane. Predpokladali že spiny a orbitály sa narušia a zmenia svoje stavy, avšak zistili, že narušili iba stav spinu, pričom orbitál zostal nedotknutý.

Väzba medzi spinom a orbitálom bola tiež úplne prerušená. Zvyčajne iba nepatrná aplikácia fotoexcitácie laserom naruší v elektróne úplne všetko. Tu sa ale podaril udržať stav orbitálov, čo je významný objav pre vývoj budúcich zariadení.

Nové orbitálne zariadenia by tak teoreticky mohli pracovať aj 10-tisíckrát rýchlejšie ako spintrotické, kde sú iba prepínané spinové stavy.

Tím momentálne pracuje na prepínaní medzi dvomi orbitálnymi stavmi, ktoré by bolo možné realizovať pomocou krátkych impulzov terahertzového žiarenia, namiesto využívania magnetických polí, ktoré sa v súčasnosti používajú.

Pozri aj:

Konečne sa im to podarilo. Vedci dokázali existenciu štvrtej dimenzie a zaznamenali ju v 2D…