O descoperire în fizica cuantică revoluționează noua generație de dispozitive electronice

Lumea mecanicii cuantice este departe de a-și fi dezvăluit secretele. Asta nu îi împiedică, însă, pe oamenii de știință să considere că o descoperire recentă, de foarte mare importanță pentru viitorul fizicii în stare solidă, ar putea revoluționa știința, ajutând la deschiderea de noi orizonturi în ceea ce privește următoarea generație de dispozitive electronice. „Se poate spune că am descoperit Sfântul Graal în fizică”, au conchis, entuziaști, cercetătorii.

O echipă de oameni de știință din Northeastern a descoperit recent un așa-numit izolator topologic axional, o stare unică a mecanicii cuantice despre care cercetătorii o acceptau până acum doar în teorie, potrivit fizicianului Arun Bansil, conducătorul respectivei echipe.

• Telescopul Webb a găsit o populație neobișnuit de mare de asteroizi între Jupiter și Marte
• Un nou studiu dezvăluie cum au jucat cometele un rol „major” în apariția vieții pe Pământ

Această stare de izolare axială a fost realizată, spune Bansil, prin combinarea anumitor metale și observarea reacției lor din punct de vedere magnetoelectric.

În acest caz, cercetătorii au folosit un cip în stare solidă compus din telurură de bismut și mangan, care au fost combinate în straturi bidimensionale, pentru a măsura proprietățile electrice și magnetice rezultate.

Cercetătorii observă că o astfel de constatare are implicații pentru o serie de tehnologii, inclusiv senzori, comutatoare, computere și dispozitive de stocare a memoriei, printre multe altele.

„Stocarea, transportul și manipularea datelor magnetice ar putea deveni mult mai rapide, mai robuste și mai eficiente din punct de vedere energetic dacă oamenii de știință pot integra aceste noi materiale topologice în dispozitivele viitoare”, scriu cercetătorii, potrivit techxplore.com.

„Este ca și cum ai descoperi un element nou”, spune Bansil. „Și știm că vor exista tot felul de aplicații interesante pentru acest lucru”.

Bansil spune că membrii echipei au selectat această combinație specifică de material, pe care cercetătorii l-au construit atom cu atom într-o mică structură cristalină, deoarece suprafața sa conduce electricitatea, în timp ce structura generală este în mare parte neconductivă sau izolantă – o proprietate neobișnuită care este produsă de cuplajul puternic magnetoelectric al straturilor.

Cu alte cuvinte, izolatorii topologici pot fi atât conductori, cât și izolatori în același timp.

Prezis doar în teorie

O clasă emergentă de dispozitive electronice – așa-numita spintronică – se bazează pe această manipulare a structurii cuantice printr-un element numit „spin” al electronilor.

„Spinul, numit și impuls unghiular, descrie o proprietate fundamentală a electronilor definită în una din cele două stări potențiale: sus sau jos”, spune Bansil.

În timp ce electronica tradițională depinde de bateriile care stochează energie sub formă de energie chimică, „dispozitivele spintronice ar putea exploata energia magnetică din tipuri speciale de materiale – cum ar fi cipul de telurură de mangan bismut utilizat în studiu – fără reacția chimică, iat tehnologia viitoare s-ar putea axa pe acest fapt”, a mai afirmat Bansil.

Bateriile de tip spin sunt încă în mare parte în curs de dezvoltare, dar oamenii de știință cred că izolatorii topologici ar putea fi cheia deblocării unei astfel de tehnologii, a mai adăugat cercetătorul.

Cercetătorii au propus spintronica ca modalitate de a rezolva o serie de probleme cu aparatele electronice de astăzi, inclusiv problemele legate de consumul de energie și viteza de funcționare în computere și alte dispozitive care se bazează pe încărcare.

„Nu există nicio îndoială că următoarea generație de electronice va trebui să aibă un consum redus de energie”, a conchis Bansil.

Citește și:

Savanţii au mai găsit o proprietate a grafenului care poate revoluţiona dispozitivele electronice

O baterie nou inventată va revoluţiona industria dispozitivelor electronice

Cum afectează dispozitivele electronice somnul copiilor. Un studiu ajunge la o concluzie surprinzătoare

Un element extrem de rar de la marginea Tabelului Periodic încalcă mecanica cuantică. ”Parcă am fi într-un univers paralel”