Молодые русские физики – в авангарде научных открытий

Похоже, момент, когда будет создан первый квантовый компьютер, ближе, чем принято считать. Это время приближают, как могут,.. молодые русские физики. Правда, в зарубежных лабораториях.

О результатах последних экспериментов «Смена» узнала из первых уст.

«Наше открытие – в области так называемой спинтроники, – рассказывает Сергей Фролов, научный сотрудник университета Британской Колумбии (Канада). – По аналогии с электроникой, которая основана на перемещении зарядов, в мире сейчас ведутся работы по созданию принципиально новых устройств, в которых носителем информации служит спин».

Спин – это микроскопическая магнетизация, присущая даже отдельным элементарным частицам. Спин обладает рядом свойств, которых нет у заряда. Например, у одной и той же частицы спин может быть направлен в разные стороны, в то время как заряд всегда одинаков. Более того, согласно парадоксам квантовой механики, спин электрона может показывать вверх и вниз одновременно. Это делает спин отличным квантовым битом, или кубитом, хранилищем для квантовой информации. Спин в полупроводниках менее чувствителен к воздействиям окружающей среды, чем заряд, поэтому квантовую информацию в форме спина хранить можно дольше. Это преимущество намереваются активно использовать в своей работе создатели квантовых компьютеров. Но чтобы построить квантовый компьютер, мало просто найти подходящий способ хранить хрупкую квантовую информацию. Помимо квантовой памяти, необходимо еще научиться манипулировать спином, то есть выполнять с ним логические операции.

Новая технология, которую назвали баллистическим спиновым резонансом, позволяет переворачивать спин принципиально новым образом, пропуская электроны через микроскопические каналы полупроводника.

«До сих пор спином управляли при помощи высокочастотных полей, – объясняет Сергей. – В этом году мы открыли способ вызывать спиновый резонанс (перевороты спина) при помощи только лишь постоянных полей. Электроны сами создают переменное поле, отталкиваясь от стенок в узком канале».

«Потребность использовать высокочастотные внешние поля, чтобы управлять спином – один из главных камней преткновения в использовании электронов для обработки информации, или в спинтронных цепях, – комментирует руководитель проекта Джошуа Фолк. – Мы показываем, что вращение электронов может управляться без накачки энергией извне».

Спин электронов при помощи нового метода пока не получается контролировать полностью. Ученые рассчитывают, что в ближайшем будущем смогут сами выбирать угол поворота спина, установив более точный контроль над траекторией частиц. Пока технология не готова для промышленного применения. Но по словам профессора Ливена Вандерсайпена из Дельфтского университета Технологии в Нидерландах, это крайне перспективное открытие: разработки в области спинотроники уже привели к открытиям вроде «гигантского магнитосопротивления», за чем, в свою очередь, последовала миниатюризация жесткого диска обычных компьютеров. Какое будущее впереди у баллистического спинового резонанса, покажет время.

Транзистор нового поколения

Открытие другого молодого русского физика, Константина Новоселова, который работает в Манчестерском университете (Великобритания), позволит оптимизировать производство сверхминиатюрных транзисторов. Вместе со своим научным руководителем Андреем Геймом Новоселову удалось получить материал толщиной в один атом и шириной в целый миллиметр – графен.

Обычные электроны обладают массой, и скорость их движения в проводнике при соударениях с атомами то увеличивается, то уменьшается. У «графеновых» электронов скорость всегда постоянна. Графен очень прочен и гибок. Это двумерный кристаллический материал, который представляет собой отдельный слой углеродных атомов, образующих слоистую структуру графита. Ученые из Манчестерского университета из графена создали основу для микросхем будущего – одноэлектронный транзистор.

В настоящее время графен получают вручную – графитовые слои отшелушивают при помощи липкой ленты. Разработка методики его промышленного получения приведет к созданию интегральных микросхем, которые могут превзойти ныне существующие. Чем интенсивнее развиваются электронные схемы и кремневые микрочипы, тем сильнее начинают проявляться в их работе квантовые эффекты, нарушающие электронные свойства проводников и диэлектриков. Использование графена поможет обратить мешающие в других случаях наноразмерные квантовые эффекты во благо: углеродные материалы в микроэлектронной промышленности заменят кремней. Графен может пригодиться и в квантовых компьютерах. У многих материалов ядра атомов обладают собственными спинами, которые влияют на спины электронов, стирая хранящуюся в них информацию. У углерода такой проблемы нет.

Недавно исследователям удалось конвертировать графен в его гидрированное производное – графан. Его изоляционные свойства дополняют токопроводящие свойства графена.

Подробнее в журнале Science от 18 апреля 2008

Подробности

www.nature.com/nature/index.html

S. M. Frolov et al.: Ballistic spin resonance. Nature 458, 868 (2009).

www.dx.doi.org/10.1038/nature07873

S. M. Frolov et al.: Electrical generation of pure spin currents in a two-dimensional electron gas. Phys. Rev. Lett. 102, 116802 (2009)

www.dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.116802

Представьтесь или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.

комментарии

huangweiq , 16.05.2012 06:16

Mike michael kors handbags cole (MichaelKors) is a extremely brief idealist, he the style of the design is simple, modern with michael kors outlet restoring ancient ways is always in fashion tide of alternate cycle, michael kors outlet online MichaelKors bedding nobility is elegant, its color and michael kors purses pictures from the colour of profusion of jump out, cheap michael kors let you find everything new and fresh. michael kors handbags cheap because the series clothing since its inception, michael kors watches on sale and implement the fashion design and senior michael kors shoulder bags sale American leisure style, so has been praised by the modern woman to chase after hold in both cheap michael kors hands. In michael kors satchels addition, the first brand in Hong Kong last year between more outlets in holdings square, michael kors on sale selling women's, men's michael kors iphone case clothing series, lady decorations and designed for male, female and set of perfume and beauty products, michael kors outlet etc.

cheap air jordan 1 If you cheap air jordan 11 thought jordan 4 for sale the Black jordan 7 cheap Friday jordan spizike for sale shopping fights were crazy then just look what happened when a re-issue of shoes first worn 15 cheap jordan womens jordan flight team shoes years ago by basketball legend Michael Jordan went on sale.Madness was breaking out today at jordan retro 13 for sale stores across the U.S. as impatient shoppers queued up to get their hands on the first new Nike cheap jordan 3 retro Air Jordan shoes that went on sale for $180 this morning.Police used pepper spray in Seattle, Washington; four people were arrested in Atlanta, Georgia; there were fights in Louisville, Kentucky, and jordan take flight men's jordan 5 retro for sale unruly crowds forced two stores shut in Austin, Texas.Fights broke out in Charlotte, North Carolina; a gunshot was fired in Richmond, California; 1,500 turned up for 300 pairs of shoes in jordan 14 for sale Indianapolis, Indiana; and a boy was injured in Troy, Michigan. In Pineville, North Carolina, cheap jordan 6 retro dozens of jordan 12 retro for sale police officers had to break up fights and restore order inside Carolina Place Mall as early as 5am jordan flight 9 shoes on Friday. coachfactory.com/store Holiday Series elegance, luxury and timeless theme running through them. The entire range of handbags, covered with coachfactory.com/shop flashing accessories, metallic leather and metal accessories pleasant. A variety of colorful bangles, wool scarf, and holiday coachfactory.com coupon essential metal color, pink, blue and green wallet or hand bag, as the festive season gift of choice. A variety of fashionable coachfactory.com login dance enthusiasts, COACH golden suitcase (Minaudieres) shop.coachfactory.com Fashion Clutch and retro Demi, are rare companion.