Rotirile sălbatice ale electronilor dintr-un semiconductor pot fi îmblânzite prin ghidarea mișcărilor lor colective într-o spirală sincronizată, arată o nouă cercetare. Studiul, publicat pe 2 aprilie în Naturădescoperă noi principii ale fizicii și promite pentru dezvoltarea de noi gadgeturi care transportă informații.
„Experimentul este o descoperire fundamentală – o descoperire cu potențial de dispozitiv”, comentează Jaroslav Fabian, de la Universitatea din Regensburg din Germania.
Titluri Știri științifice, în căsuța dvs. de e-mail
Titluri și rezumate ale celor mai recente articole Știri științifice, livrate în căsuța dvs. de e-mail în fiecare joi.
multumim pentru inregistrare!
A apărut o problemă la înregistrarea dvs.
Electronii se comportă ca niște vârfuri care se învârtesc, cu moment unghiular. Din cauza acestei proprietăți, un electron se înfășoară cu un câmp magnetic mic, ca și cum electronul ar avea înăuntru un mic magnet de bară, spune coautorul studiului Jake Koralek de la Lawrence Berkeley National Laboratory din California. În timp ce sarcina electronului este întotdeauna negativă, Spinul electronilor poate fi în sus sau în jos, în funcție de orientarea axei de spin. „Acest [spin] este o proprietate neexploatată a electronului”, spune Koralek. Înțelegerea și manipularea spinurilor electronilor este scopul unei noi domenii de cercetare numită spintronica.
Provocarea majoră de a face rotiri să servească drept purtători de date utili este fiabilitatea. Pe măsură ce electronii zboară prin materie, rotațiile se rotesc ocazional. Un grup de electroni cu spinuri în sus se poate degrada rapid pentru a avea spini care sunt egal în sus și în jos, ceea ce înseamnă că ar renunța la orice informație pe care o transportau.
„Mediul este de obicei distructiv pentru rotiri”, spune Fabian, care a scris un comentariu însoțitor în același număr al revistei. Natură. „Pot rotirile să se apere împotriva ei? Despre asta este ziarul.”
Pentru a menține învârtirile stabile, Koralek și echipa sa au creat un material semiconductor special care a atras rotiri individuale în așa fel încât orientările lor să creeze o spirală coordonată, care nu a mai fost observată până acum. Cercetătorii au stabilit lungimea de undă a helixului folosind două lasere pentru a seta stări de rotație alternative – unele în sus, altele în jos – într-un proces numit spin-grating.
Cercetătorii au descoperit că încorporarea a doi factori ajustați în calculele lor a condus la stabilitate și a mărit durata de viață a învârtirilor elicoidale de 100 de ori. Acești doi factori – numiți Rashba și Dresselhaus – conduc la „un nou tip de conservare a spinării”, spune Koralek. „Putem deplasa rapid rotiri și totuși știm exact ce este fiecare rotire.”
Cercetătorii au descoperit că electronii din noul sistem au avut spinuri stabile până la o nanosecundă sau cam asa ceva, ceea ce înseamnă că forțele care fac ca spinurile să se întoarcă „au devenit irelevante” pentru o perioadă relativ lungă de timp, spune Koralek.
Acest nou tip de stabilitate este relativ protejat de efectele temperaturii, spune Koralek. Deși mai puternică la temperaturi foarte scăzute, spirala stabilă persistă la temperatura camerei. Acest lucru poate face ca tehnologia să fie fezabilă pentru utilizare în dispozitivele de zi cu zi în viitor.
„Este interesant din cauza acestui sistem fundamental foarte neobișnuit”, spune Koralek. „Acest lucru deschide porți pentru o mulțime de fizică nouă.”