Исследователи из университетов Северной Каролины и Юты разработали инновационный метод управления электронами, используя хиральные фононы. Это научное достижение позволяет отказаться от применения магнитных материалов, что открывает путь к созданию более быстрых и энергоэффективных электронных компонентов.
Орбитроника без магнитов
Современная орбитроника фокусируется на использовании орбитального углового момента электронов для записи и обработки данных. До недавнего времени для манипуляции этим моментом требовались специфические магнитные материалы (например, железо), которые обладают высокой стоимостью и сложно поддаются масштабированию в микроэлектронике. Предложенная технология заменяет эти компоненты хиральными фононами.
Хиральные фононы представляют собой коллективные колебания атомов внутри кристаллической решетки с хиральной структурой, к которой относится, например, α-кварц. Эти вибрации распространяются по спирали, эффективно передавая орбитальный угловой момент электронам. Ученым впервые удалось доказать, что подобный процесс возможен в структурах, не обладающих магнитными свойствами.
Иллюстрация: Nano Banana
Орбитальный эффект Зеебека
В ходе экспериментальных исследований физики использовали α-кварц для упорядочивания хиральных фононов и последующей передачи их движения электронам. В результате возник поток орбитального углового момента, который авторы работы классифицировали как «орбитальный эффект Зеебека». Чтобы зафиксировать данное явление, на поверхность кварца нанесли тонкие слои вольфрама и титана — это позволило преобразовать орбитальное движение в считываемый электрический сигнал.
Перспективы технологии
Методика не ограничивается использованием только кварца. Специалисты отмечают, что аналогичные результаты могут быть достигнуты при работе с другими хиральными материалами, такими как селен, теллур или перовскиты. Основные преимущества метода заключаются в снижении расхода материалов и увеличении времени сохранения орбитального движения.
«Хиральные фононы дают нам новые рычаги управления электронами, что может привести к революции в электронике», — заявил соавтор исследования Рикард Бодин.
Ученые уверены, что данный подход станет фундаментом для технологий следующего поколения, которые кардинально изменят принципы обработки данных и проектирования вычислительных устройств.
