دانشمندان شکستن پیوند بین کوانتومی مواد و چرخش مداری متحده

در طراحی دستگاه های الکترونیکی, دانشمندان به دنبال راه هایی برای دستکاری و کنترل سه پایه خواص الکترون: خود را شارژ; خود را چرخش متحده که منجر به مغناطیس و اشکال فازی ابرها آنها شکل در اطراف هسته اتم است که شناخته شده به عنوان اوربیتال.

تا به حال چرخش الکترون و اوربیتال تصور می شد به رفتن دست در دست در یک کلاس از مواد که سنگ بنای مدرن فناوری اطلاعات; شما نمی تواند به سرعت تغییر یک بدون تغییر دیگر. اما یک مطالعه در وزارت انرژی SLAC National Accelerator Laboratory نشان می دهد که یک پالس نور لیزر می تواند به طور چشمگیری تغییر چرخش دولت یکی از مهم کلاس از مواد در حالی که ترک آن مداری دولت دست نخورده است.

نتایج نشان می دهد یک راه جدید برای ساخت نسل آینده از منطق و حافظه دستگاه بر اساس "orbitronics" گفت: Lingjia شن یک SLAC تحقیقات دانشیار و یکی از منجر شود محققان برای مطالعه است.

"آنچه که ما شاهد آن هستیم در این سیستم مخالف کامل از آنچه که مردم دیده اند در گذشته" Shen گفت. "آن را افزایش می دهد احتمال این که ما می تواند کنترل مواد و چرخش مداری متحده به طور جداگانه و با استفاده از تغییرات در شکل اوربیتال به عنوان 0s و 1s نیاز به محاسبات و ذخیره اطلاعات در کامپیوتر خاطرات."

تیم تحقیقاتی بین المللی به رهبری یوشع ترنر SLAC کارکنان دانشمند و محقق با دانشگاه استنفورد پژوهشگاه مواد و انرژی (علوم SIMES) گزارش نتایج خود را این هفته در Physical Review B سریع ارتباطات.

مواد این تیم مورد مطالعه بود منگنز اکسید کوانتومی مبتنی بر مواد شناخته شده به عنوان NSMO که می آید در بسیار نازک لایه های کریستالی. آن را که حدود سه دهه است که مورد استفاده در دستگاه های که در آن اطلاعات ذخیره شده است با استفاده از یک میدان مغناطیسی برای تغییر از یک الکترون اسپین کشور دیگر یک روش شناخته شده به عنوان spintronics. NSMO نیز در نظر گرفته یک کاندیدای امیدوار کننده برای ساخت آینده رایانه ها و دستگاه های ذخیره سازی حافظه بر اساس skyrmions ذرات کوچک مانند گردابها ایجاد شده توسط میدان مغناطیسی چرخش الکترون.

اما این مواد نیز بسیار پیچیده و گفت: Yoshinori Tokura مدیر مرکز RIKEN برای اورژانس ماده علم در ژاپن, که او نیز درگیر در مطالعه است.

"بر خلاف نیمه هادی ها و دیگر آشنا مواد NSMO کوانتومی مواد که الکترون رفتار در یک شرکت تعاونی و یا در ارتباط به شیوه ای به جای به طور مستقل به عنوان آنها معمولا انجام," او گفت:. "این باعث می شود آن را سخت برای کنترل یکی از جنبه های الکترون رفتار بدون تاثیر همه دیگران است."

یکی از راه های معمول برای بررسی این نوع از مواد است که به آن ضربه با نور لیزر برای دیدن چگونه آن الکترونیکی متحده در پاسخ به تزریق انرژی است. این چیزی است که تیم تحقیقاتی را در اینجا. آنها مشاهده مواد پاسخ با X-ray پالس لیزر از SLAC را Linac منسجم منبع نور (LCLS).

آنچه از آنها انتظار می رود برای دیدن این بود که الگوهای منظم از چرخش الکترون و اوربیتال در ماده پرتاب خواهند به کل به هم ریخته و یا "ذوب" را به عنوان آنها جذب پالس نزدیک به مادون قرمز نور لیزر.

اما به تعجب خود را تنها الگوهای چرخش ذوب در حالی که الگوهای مداری ماند دست نخورده ترنر گفت. طبیعی کوپلینگ بین چرخش و مداری متحده شده است به طور کامل شکسته او گفت که چالش برانگیز است چیزی برای انجام در این نوع از ارتباط مواد و نه تا به حال مشاهده شده است قبل از.

Tokura گفت: "معمولا فقط یک برنامه کوچک از photoexcitation همه چیز را از بین می برد. در اینجا آنها قادر به نگه داشتن الکترون دولت است که مهم است برای دستگاه های آینده - مداری دولت - سالم. این علاوه بر جدید به علم orbitronics و همبستگی الکترون."

آنجا که اسپین الکترون متحده در حال تغییر در spintronics الکترون مداری متحده می تواند به ارائه یک عملکرد مشابه. این orbitronic دستگاه می تواند در تئوری و عمل 10,000 سریع تر از spintronic دستگاه های شن گفت.

سوئیچینگ بین دو مداری متحده می تواند ساخته شده است با استفاده از کوتاه از تابش تراهرتز به جای میدان مغناطیسی استفاده می شود او گفت: "ترکیب این دو می تواند دستیابی خیلی بهتر عملکرد دستگاه برای برنامه های آینده." این تیم در حال کار بر روی راه هایی برای انجام این کار است.

###

Shen است که در حال حاضر یک پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه لوند در سوئد با یک موضع مشترک با SIMES در SLAC. دانشمندان از پیشرفته منبع نور در سازمان حفاظت محیط زیست را Lawrence Berkeley National Laboratory; سوئیس منبع نور در قرارداد در سوئد; دانشگاه توکیو و دانشگاه تسوکوبا در ژاپن و دانشگاه شیکاگو نیز کمک به این تحقیقات است. هر دو LCLS و پیشرفته منبع نور در سازمان حفاظت محیط زیست از علوم کاربر امکانات و حمایت اصلی برای مطالعه از سازمان حفاظت محیط زیست از علم است. ترنر پژوهش های پشتیبانی شده از طریق سازمان حفاظت محیط زیست از علوم اوایل زندگی حرفه ای برنامه های تحقیقاتی.

استناد: Lingjia Shen et al., Physical Review B سریع ارتباطات 101, 201103(R), 12 مارس سال 2020

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.