Materialele ciudate ar putea face computere mai rapide

Unul dintre cele mai noi materiale minune ale științei își poate găsi drumul în computere.

Un studiu publicat în 24 iulie Natură dezvăluie că electronii care circulă prin materialele cunoscute sub numele de izolatori topologici pot manipula componente magnetice precum cele din memoria computerului. Cercetarea reprezintă una dintre primele încercări de a găsi utilizări în lumea reală pentru izolatorii topologici.

„Aceasta este prima propunere pe care am văzut-o… care nu pare a fi la prima vedere absurdă”, spune Sankar Das Sarma, un fizician teoretic al materiei condensate la Universitatea din Maryland din College Park. „Din punct de vedere pur științific, această propunere are sens.”

De când au prezis existența izolatorilor topologici în 2005, fizicienii au salivat asupra proprietăților unice ale materialelor (SN: 22/05/10, str. 22). În cea mai mare parte, izolatorii topologici sunt, după cum sugerează și numele, izolatori. Dar pe suprafețele lor, electronii se zboară nestingheriți și în formare strictă: toți electronii care se mișcă într-o anumită direcție au același spin.

Mulți oameni de știință cercetează fizica fundamentală a acestor materiale, care includ seleniura de bismut și telurura de mercur. Dar fizicianul materiei condensate de la Penn State Nitin Samarth a vrut să facă ceva util cu ei. El a găsit inspirație în munca fizicianului materiei condensate de la Universitatea Cornell, Dan Ralph, a cărui echipă încearcă să reînnoiască memoria RAM și hard disk-urile computerelor.

Cele mai multe hard disk-uri actuale stochează date ca 1 și 0 în bucăți mici de plachete magnetice care seamănă cu ace de busolă – dacă o bucată este orientată magnetic într-o direcție, este un 1; în celălalt este un 0. Întoarcerea unui 1 la 0 (sau invers) necesită generarea de câmpuri magnetice, un proces relativ lent și ineficient care limitează viteza și capacitatea dispozitivelor (SN: 19.10.13, str. 28).

Pentru a accelera procesul, echipa lui Ralph vrea să răstoarne acele acele busole cu rotația electronilor. Echipa sa a construit dispozitive experimentale în care electronii trec pe lângă acele ace ale busolei și, din cauza rotației lor, oferă un cuplu subtil – ca un patinator care se învârte împinge un patinator staționar în mișcare. Cheia unui dispozitiv de succes, spune Ralph, este maximizarea cuplului prin generarea de curenți de electroni cu același spin.

Învârtirile potrivite sunt painea și untul izolatorilor topologici. Așadar, grupurile lui Ralph și Samarth au făcut echipă pentru a testa dacă electronii care se deplasează pe suprafața unui izolator topologic ar putea manipula un material magnetic cu spinurile lor. Ei au stratificat un material magnetic similar cu cel folosit în computere, o napolitană de nichel-fier, deasupra izolatorului topologic seleniura de bismut și au trimis un curent alternativ de electroni prin dispozitiv. Fiecare electron din seleniura de bismut a exercitat un cuplu de aproximativ 10 ori mai mare decât electronii din orice alt material care a fost testat.

Noul studiu arată că electronii unui izolator topologic pot furniza suficient cuplu pentru un dispozitiv de memorie, spune Samarth. Acum el și colegii săi trec la următoarea provocare: construirea uneia rudimentare.