Взаимодействие спинов уменьшит потери в электронных устройствах

Физики описали новое специфическое групповое поведение электронов в твердом теле. Оно позволяет транспортировать энергию и информацию с намного меньшими тепловыми потерями, чем в современных кремниевых устройствах. Статья с результатами опубликована в журнале Physical Review Letters.

В вакууме поведение электронов достаточно просто, но в телах их коллективное взаимодействие может приводить к появлению целого ряда новых свойств, таких как магнетизм, пьезоэлектричество и сверхпроводимость. Физика конденсированного состояния, которая работает с твердыми телами, жидкостями и другими веществами с большой плотностью, как раз занимается поиском и описанием новых явлений в таких системах.

«Мы обнаружили новую коллективную спиновую моду, которую можно использовать для передачи энергии и информации с очень малыми потерями, что может стать основой для новых электронных устройств, в том числе компьютеров и процессоров», — пояснил ведущий автор работы Гриш Блумберг из Ратгерского университета. Обнаруженные моды — это распространяющиеся волны электронных спинов, которые не переносят заряд, но изменяют направления спинов электронов.

Новая мода обнаружена на поверхности топологических изоляторов — веществ, которые проводят электрический ток на поверхности, но не пропускают его сквозь свою толщу. В последние годы они стали предметом множества исследований в физике благодаря массе интересных свойств как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Описанные в новой работе коллективные взаимодействия должны возникать в таких телах естественно, но экспериментально их никогда не наблюдали из-за дефектов кристаллических решеток. Открытие стало возможным благодаря синтезу сверхчистых кристаллов селенида висмута (III) Bi₂Se₃ и созданию сверхчувствительного рамановского спектрометра.