Физики впервые продемонстрировали передачу данных по алмазному «проводу»: электроны в нем не двигались, как в традиционных проводниках, а передавали спин подобно болельщикам на стадионе, которые запускают «волну».

Использование магнитно-резонансной силовой микроскопии для изучения динамики изменения спиновых состояний в алмазном нанопроводе

Спин может быть использован для обмена данными в вычислительных схемах. Разработкой спинтроники — «спиновой электроники», которая сделает компьютеры быстрее и мощнее, чем сегодня — занимаются исследователи по всему миру. Новый эксперимент, проведенный в Университете штата Огайо (США), показал, что алмазы лучше передают спин, чем большинство металлов, в которых ученые наблюдали данный эффект.

Алмазы открывают много интересных перспектив в области спинтроники благодаря своим физическим, химическим и механическим свойствам. «Провода», изготовленные из алмазов, не так уж и дороги, если использовать синтетические, а не природные образцы.

Используя метод магнитно-резонансной силовой микроскопии (MRFM), ученые заметили, что спиновое состояние электронов по длине алмазного «провода» изменяется по определенной схеме, позволяя определить состояние в его начале, зная спин электронов в конце. Благодаря этому эффекту алмаз можно использовать в качестве компонента вычислительных схем.

Чтобы алмаз смог передавать спин, он должен содержать примеси — один атом азота на три миллиона атомов углерода. Поместив в магнитно-резонансный силовой микроскоп (устройство, объединяющее принципы магнитно-резонансной томографии и атомно-силовой микроскопии) крошечный алмазный провод длиной 4 мкм и толщиной 200 нм, исследователи делали «снимки» его отрезков длиной 15 нм (поперечных слоев толщиной около 50 атомов) с помощью высокочувствительного кантилевера с магнитом на конце, который реагировал на изменение спина.

Сюпризом для ученых стало то, что период смены спиновых состояний был вдвое больше ближе к концу «провода», чем у его середины. Логично было бы предположить, что спиновое состояние будет меняться с одинаковой скоростью по всему алмазу, но спин одного направления с краю сохранялся около 30 миллисекунд, а в центре — всего 15 мс. Исследователи предположили, что спиновое состояние может «перетекать» не в одном направлении, подобно электронам, создающим электрический ток, а в двух направлениях одновременно. Если это действительно так, физикам придется пересмотреть свое понимание спина и способы его измерения на макроуровне.

Столь точные измерения спиновых состояний вдоль крошечного «провода» были проведены впервые. Они позволили изучить динамику изменения спиновых состояний. Согласитесь, знать, что в каждый момент времени на стадионе стоит приблизительно четверть болельщиков и воочию наблюдать создаваемую ими «волну» — это не одно и то же.

В ходе эксперимента образец потребовалось охладить до 4,2 К, чтобы «успокоить» частицы и позволить чувствительному детектору «увидеть» их спин. Прежде чем удастся воспроизвести подобный эффект при комнатной температуре, ученым предстоит проделать немало работы.

По сообщению PhysOrg