«Открытие Святого Грааля», которое может помочь следующему поколению электронных устройств

По словам физика Аруна Бансила, возглавлявшего группу исследователей из Северо-Восточного региона, участвовавшую в исследовании, их выводы сосредоточены в основном на открытии так называемого топологического аксионного изолятора, уникального состояния квантовой материи, о существовании которого исследователи ранее только теоретизировали. В проекте участвовали несколько десятков ученых из университетов со всего мира.

По словам Бансил, это изолирующее состояние аксионов было реализовано путем комбинирования определенных металлов и наблюдения за их магнитоэлектрическим откликом. В этом случае исследователи использовали твердотельный чип, состоящий из теллурида марганца и висмута, которые были склеены в двумерные слои, чтобы измерить полученные электрические и магнитные свойства.

Исследователи отмечают, что такое открытие имеет значение для ряда технологий, включая датчики, переключатели, компьютеры и запоминающие устройства, среди многих других. Исследователи пишут, что «хранение, транспортировка и обработка магнитных данных могут стать намного более быстрыми, надежными и энергоэффективными», если ученые смогут интегрировать эти новые топологические материалы в устройства будущего.

«Это похоже на открытие нового элемента», — говорит Бансил. «И мы знаем, что для этого будет множество интересных приложений».

Бансил говорит, что они выбрали эту конкретную комбинацию материалов, которые исследователи построили атом за атомом в небольшой кристаллической структуре, потому что ее поверхность проводит электричество, в то время как вся структура в основном непроводящая или изолирующая — необычное свойство, которое создается за счет сильная магнитоэлектрическая связь слоев.

Другими словами, топологические изоляторы могут быть одновременно проводниками и изоляторами.

«Топологический аксионный изолятор обладает чудесной способностью, которая позволяет ему иметь очень прочные металлические или проводящие электроны на своей поверхности, даже несмотря на то, что основная часть материала является изолирующей», — говорит Бансил. «Это было предсказано только теоретически — теперь это реализовано экспериментально».

Возникающий класс электронных устройств — так называемая спинтроника — полагается на эту манипуляцию квантовой структурой через нечто, называемое электронным «спином». Спин, также называемый угловым моментом, описывает фундаментальное свойство электронов, определенное в одном из двух потенциальных состояний: вверх или вниз, говорит Бансил. Способ вращения электронов влияет на направление магнитного поля, действующего в любом твердом теле.

В то время как традиционная электроника зависит от батарей, которые хранят энергию в форме химической энергии, устройства спинтроники могут использовать магнитную энергию из специальных материалов, таких как чип теллурида марганца и висмута, использованный в исследовании, без химической реакции, что делает его намного более эффективным. «Материал кандидата» для технологий будущего, — говорит Бансил.

Спиновые батареи такого типа все еще находятся в стадии разработки, но ученые считают, что топологические изоляторы могут быть ключом к открытию такой технологии, говорит Бансил. По его словам, исследователи предложили спинтронику как способ решения ряда проблем современной электроники, включая вопросы энергопотребления и скорости работы компьютеров и других устройств, которые зависят от заряда.

«Нет никаких сомнений в том, что следующее поколение электроники должно иметь низкое энергопотребление», — говорит Бансил. «Когда вы открываете для себя новые материалы, подобные этому, это открывает новые возможности. Эти новые виды материалов могут способствовать появлению совершенно новых технологий ».