Prelomová elektronika novej éry je na dosah ruky. Vedci rušili väzbu medzi spinom a orbitálnym stavom elektrónov
Nová generácia pamäťových a logických obvodov by mohla byť až 10 000-krát rýchlejšia. Cestou k nim je nová štúdia, pri ktorej vedci dokázali zrušiť väzbu medzi spinom a orbitálnym stavom elektrónov v špeciálnom materiály.
Ako píše portál Phys, pri navrhovaní elektronických zariadení vedci hľadajú spôsoby, ako manipulovať a riadiť tri základné vlastnosti elektrónov – ich náboj, ich spin, ktorý v rôznych stavoch vedie k magnetizmu a tvar elektrónových oblakov, respektíve orbitálov.
V rámci novej štúdie prišli vedci na nový spôsob riadenia vlastností spinu a orbitálov, ktorý bude dôležitý pre budúcnosť novej generácie elektronických zariadení.
Bez ovplyvnenia spinu doteraz nebolo možné ovplyvniť orbitály jedného z dôležitých materiálov
Až doteraz sa verilo, že stavy spinu elektrónov a orbitálov idú spolu ruka v ruke v rámci špeciálnej triedy materiálov, ktorá je základným kameňom moderných informačných technológií. V jednoduchosti, nebolo možné zmeniť stav jedného bez ovplyvnenia druhého.
Nová štúdia Národného urýchľovacieho laboratória SLAC však ukazuje, že pulzy laserového svetla môžu dramaticky zmeniť stav spinu elektrónov jednej dôležitej triedy materiálov, zatiaľ čo ich orbitálny stav zostane neporušený.
Výsledky naznačujú novú cestu k výrobe budúcej generácie logických a pamäťových zariadení založených na takzvanej „orbitronii“, uviedla Lingjia Shen, výskumná pracovníčka laboratória SLAC a jedna z vedúcich výskumných pracovníkov štúdie. V podstate nová štúdia vedie k tomu, že by sme v prípade pamäťových a logických zariadení vedeli využiť nové prístupy k ukladaniu informácií.
„V tomto systéme vidíme úplný opak toho, čo ľudia videli v minulosti,“ povedala Shenová. „Vyvoláva to možnosť, že by sme mohli samostatne kontrolovať spin a orbitálne stavy materiálu, a zároveň použiť rôzne variácie tvarov orbitálov, keďže 0 a 1 sú potrebné na výpočet a ukladanie informácií do počítačových pamätí.“
Zaujímavý, ale zložitý materiál
Materiál, ktorý sme doposiaľ spomínali, je takzvaný kvantový materiál na báze oxidu-mangánu, známy pod skratkou NSMO. Používa sa už asi tri desaťročia v zariadeniach, kde sa informácie ukladajú pomocou magnetického poľa používaného na prepnutie z jedného elektrónového spinového stavu do druhého, čo je metóda známa ako spintronika.
NSMO je tiež považovaný za sľubného kandidáta na výrobu počítačov a pamäťových úložných zariadení novej generácie založených na takzvaných skyrmiónoch, respektíve topologických spinových textúrach, ktoré vytvárajú magnetické polia rotujúcich elektrónov. Tento materiál je však veľmi komplexný.
„Na rozdiel od polovodičov a iných známych materiálov je NSMO kvantový materiál, ktorého elektróny sa správajú skôr kooperatívne alebo korelujú, ako nezávisle, čo býva väčšinou zvykom.
To sťažuje kontrolu jedného aspektu správania elektrónov bez ovplyvnenia všetkých ostatných,“ uviedol Yoshinori Tokura, riaditeľ Centra pre núdzové záležitosti RIKEN v Japonsku, ktorý sa do štúdie zapojil.
Jedným z bežných spôsobov skúmania tohto typu materiálu je jeho vystavenie laserovým lúčom, aby sa zistilo, ako stavy jeho elektrónov reagujú na prísun energie. Presne to urobil aj výskumný tím stojaci za prezentovanou štúdiou, pričom pozoroval reakciu materiálu na röntgenové laserové pulzy z koherentného svetelného zdroja LCLS (Linac Coherent Light Source).
Výsledky, ktoré dokážu priniesť až 10 000-krát rýchlejšie elektronické zariadenia
Pri tomto experimente očakávali, že sa usporiadané vzorce elektrónových spinov a orbitálov v materiáli vrhnú do úplného zmätku alebo sa ich vzory vplyvom impulzov laserového svetla v blízkosti infračervenej oblasti „narušia“. K ich prekvapeniu sa však narušili iba vzory spinov, zatiaľ čo orbitálne dráhy zostali nedotknuté.
Normálna väzba medzi spinom a orbitálnymi stavmi bola úplne prerušená, čo je pri tomto type korelovaného materiálu náročné a predtým to nebolo nikdy pozorované. „Zvyčajne len nepatrná aplikácia fotoexcitácie zničí všetko. Tu dokázali udržať stav elektrónov, ktorý je najdôležitejší pre budúce zariadenia – orbitálny stav – nepoškodený. Je to pekný nový doplnok k vede orbitronie a korelovaných elektrónov.“
Zatiaľ čo v spintronike sú prepínané spinové stavy elektrónov, v prípade orbitronie je tak možné prepínať elektrónové orbitálne stavy, aby vykazovali podobnú funkcionalitu. Tieto orbitronické zariadenia by však teoreticky mohli pracovať až 10 000-krát rýchlejšie ako spintronické.
V tomto prípade by sa prepínanie medzi dvoma orbitálnymi stavmi uskutočňovalo pomocou krátkych impulzov terahertzového žiarenia ako pomocou magnetických polí používaných dnes. Vedci tak naďalej pracujú na prepínaní orbitálnych stavov, pričom sa snažia aj o ovplyvňovanie spinu elektrónov. Ich výskum je tak správnym krokom na ceste k elektronike novej generácie.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú
Európsky štát odštartoval jadrovú revolúciu. Urán pochovaný, prichádza lacná elektrina pre všetkých
Fyzika sa tam mení na nočnú moru. Slovák z Harvardu o exoplanétach, kde je možné naozaj všetko
Blíži sa Veľký kolaps vesmíru. Vedci obrátili naruby to, čo sme si doteraz mysleli o rozpínaní kozmu
Medicína nechápe: Vedci vytvorili funkčné ľudské srdce v prasati, vydržalo biť úctyhodný čas
Japonsko čelí obrovskej kritike. Púšťa sa do riskantnej ťažby surovín, ktorú ešte nikto nevyskúšal
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP
ŠÚKL stiahol z trhu 2 populárne lieky: Varuje pred možnou kontamináciou, skontroluj svoju lekárničku
Splatiť hypotéku skôr, alebo radšej investovať? Expert ukázal, čo môže Slovákom ušetriť tisíce eur (ROZHOVOR)
Rodinný dom s pozemkom za 17 000 eur: Štát predáva nepotrebný majetok za rozprávkové ceny
KVÍZ Len 15 % Slovákov vie odpovedať na všetky otázky. Prever svoje znalosti zo všeobecného prehľadu o svete
Terapia, ktorá prepíše starnutie: Kľúčom k predĺženiu života je proteín známy ako „strážca dlhovekosti“
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- V Európe sa vylodili tisícky čínskych elektromobilov. Doviezla ich obrovská loď so šokujúcim pohonom a výkonom
- Rusi zúfalo zháňajú peniaze. Ázijskému štátu ponúkajú svoje najmodernejšie zbrane, má to háčik
- Rusi ani netušili, čo im zlikvidovalo najdrahší systém. Ukrajina použila zbraň, akú svet ešte nevidel
- Európsky štát odštartoval jadrovú revolúciu. Urán pochovaný, prichádza lacná elektrina pre všetkých
- Čína oživila zabudnutý technologický skvost Sovietov. Unikli zábery lietadla, aké svet nevidel roky
-
- Rusi ani netušili, čo im zlikvidovalo najdrahší systém. Ukrajina použila zbraň, akú svet ešte nevidel
- V Európe sa vylodili tisícky čínskych elektromobilov. Doviezla ich obrovská loď so šokujúcim pohonom a výkonom
- Do Ameriky doletí za 90 minút. Prelomové lietadlo v prvých testoch všetkých prekvapilo
- Čína oživila zabudnutý technologický skvost Sovietov. Unikli zábery lietadla, aké svet nevidel roky
- Japonsko čelí obrovskej kritike. Púšťa sa do riskantnej ťažby surovín, ktorú ešte nikto nevyskúšal
-
- Rusi ani netušili, čo im zlikvidovalo najdrahší systém. Ukrajina použila zbraň, akú svet ešte nevidel
- Európa do neho investovala miliardy eur, teraz ho ľudia nechcú. Predaj energetického zariadenia prudko klesol
- Vedci našli skrytý trik, ako obnoviť zrak. Takéto niečo by ti nikdy nenapadlo
- Celý život triedila plasty. Žena neverila vlastným očiam, keď pomocou AirTagu zistila, kde končia
- Lacný ako Fabia, výkonný ako Porsche. Známa značka spustila predaj auta s dojazdom 2 000 km
Slováci prepadli pri výbere auta novému trendu. Čísla hovoria za všetko, pozor však na riziká
AI pretransformuje spoločnosť, tvrdí odborník. Varuje pred kľúčovou chybou, ktorú robíme
Nepríjemná správa pre motoristov na Slovensku. Analytik predpovedá ceny palív, susedia sú na tom lepšie
Cukrovkári dostali nádej na život bez striekačiek. Vedci vyvinuli liečbu, ktorá donúti telo k tvorbe inzulínu
Mladí Slováci podľahli nebezpečnému trendu. Umelá inteligencia im nahrádza jednu z najdôležitejších vecí
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP