Управление электронами с помощью хиральных фононов: прорыв в физике без использования магнитов

Исследовательские группы из Университета штата Северная Каролина и Университета Юты представили революционный метод манипуляции электронами посредством хиральных фононов. Это научное достижение позволяет отказаться от применения редких магнитных материалов, открывая горизонты для создания более производительной и энергоэффективной вычислительной техники.

Орбитроника фокусируется на использовании орбитального углового момента электронов для записи и обработки данных. Ранее для контроля этого параметра требовались специфические ферромагнетики, например, железо, что существенно усложняло производственные процессы и масштабирование технологий. Предложенная альтернатива задействует потенциал хиральных фононов.

Хиральные фононы представляют собой согласованные атомные колебания в кристаллических решетках с определенной хиральной структурой — типичным примером является α-кварц. Эти вибрации обладают спиралевидной траекторией, эффективно передавая орбитальный угловой момент потоку электронов. Впервые удалось доказать возможность реализации данного процесса в структуре, полностью лишенной магнитных свойств.

В ходе практических испытаний ученые применили α-кварц для упорядочивания хиральных фононов и последующей трансляции их движения электронам. В результате возник поток орбитального углового момента, получивший название «орбитальный эффект Зеебека». Для фиксации явления на поверхность кварца напылялись тонкие слои вольфрама и титана, что позволило успешно конвертировать орбитальную динамику в электрический импульс.

Данная технология не ограничивается исключительно кварцем; она масштабируема и для других хиральных материалов, включая селен, теллур и различные перовскиты. Новый метод не только сокращает расход редких ресурсов, но и обеспечивает высокую стабильность орбитального момента, что является критически важным для развития энергосберегающих электронных компонентов.

«Хиральные фононы предоставляют нам принципиально новые инструменты для управления электронами, способные радикально трансформировать облик современной электроники», — подчеркнул соавтор работы Рикард Бодин. Ученые убеждены, что их наработки лягут в основу технологического прорыва, перевернув представления о методах обработки информации и архитектуре будущих устройств.

Источник: iXBT