Учёные из Делфтского технического университета (Нидерланды) впервые наблюдали квантовые спиновые токи в графене без использования магнитных полей. Эти токи имеют решающее значение для спинтроники — более быстрой и энергоэффективной альтернативы электронике.
Важный шаг к технологиям будущего
Прорыв, опубликованный в Nature Communications, знаменует собой важный шаг к таким технологиям, как квантовые вычисления и усовершенствованные устройства памяти.
Квантовый физик Талие Гиаси впервые продемонстрировала эффект квантового спинового Холла (QSH) в графене без каких-либо внешних магнитных полей. Эффект QSH заставляет электроны двигаться по краям графена без каких-либо помех, при этом все их спины направлены в одну сторону.
«Спин — это квантово-механическое свойство электронов, похожее на крошечный магнит, который может быть направлен вверх или вниз», — объясняет Гиаси. «Мы можем использовать спин электронов для передачи и обработки информации в так называемых устройствах спинтроники. Такие схемы обещают стать основой для технологий следующего поколения, включая более быструю и энергоэффективную электронику, квантовые вычисления и усовершенствованные устройства памяти».
Преодоление необходимости внешних полей
Обычно для реализации квантового переноса в графене требуется применение сильных внешних магнитных полей, которые несовместимы с электронными схемами. Учёные из лаборатории Ван дер Занте смогли обойти необходимость в внешних полях, наложив графен на магнитный материал — CrPS₄. Этот магнитный слой значительно изменил электронные свойства графена, вызвав эффект QSH.
Гиаси говорит: «Мы обнаружили, что транспорт спина в графене модифицируется соседним CrPS₄ таким образом, что поток электронов в графене становится зависимым от направления спина электронов».
Квантовые спиновые токи, обнаруженные учёными в стопке графен-CrPS₄, «топологически» защищены. Это означает, что спиновый сигнал сохраняется на протяжении десятков микрометров без потери информации в цепи. «Эти топологически защищённые спиновые токи устойчивы к нарушениям и дефектам, что делает их надёжными даже в несовершенных условиях», — говорит Гиаси.
Перспективы для спинтроники
Это открытие прокладывает путь к созданию сверхтонких спинтронических схем на основе графена, обещая прогресс в технологиях памяти и вычислений следующего поколения. Наблюдаемые спиновые токи в графене предлагают новый мощный способ эффективной и согласованной передачи квантовой информации через спины электронов.
Такие надёжные спинтронические устройства могут стать важными строительными блоками в квантовых вычислениях, обеспечивая бесперебойную связь между кубитами в квантовых схемах.
Источник: Delft University of Technology.