Управление электронами с помощью методов спинтроники

05.02.2025

Электроны, как известно, обладают отрицательным зарядом и играют ключевую роль в электрических токах. Однако, у них есть и другое важное свойство - спин, или магнитный момент. Эта характеристика несет в себе огромный потенциал для развития технологий, в частности, в области хранения данных. Управление спином электронов может привести к созданию более эффективных и мощных электронных устройств. Однако, до сих пор контролировать спин электронов было достаточно сложной задачей.

Традиционно для этого использовались магниты, способные управлять спином электронов. Один из известных методов заключается в том, что электрический ток пропускается через ферромагнитный материал, например, железо. Этот процесс выравнивает спиновую поляризацию электронов с магнитным полем материала. Однако, сейчас исследователи изучают и другие подходы, в том числе использование хиральных молекул. Эти молекулы уникальной формы могут также эффективно управлять вращением электронов, открывая новые возможности для электроники будущего.

Хиральные молекулы - это структуры, которые не имеют накладываемого зеркального отражения, например, спиральные структуры. Исследования показывают, что эти молекулы могут индуцировать поляризацию спинов на уровнях, сравнимых с ферромагнитными материалами, примерно на 60-70 процентов. Однако, этот метод все еще исследуется и остается предметом дискуссии в научном сообществе. Недавно исследователи из Университета Иоганна Гутенберга Майнца (JGU) смогли подтвердить существование так называемого эффекта хирально-индуцированной спиновой селективности (CISS).

"Наша группа исследовала влияние хиральных молекул с помощью методов спинтроники", - подчеркнула профессор Анджела Виттманн из Института физики JGU. - "Мы не пропускали ток заряда непосредственно через самые хиральные молекулы. Вместо этого мы создали гибридную систему, состоявшую из тонкой пленки золота с хиральными молекулами на ней. Хотя основная часть тока протекает через пленку золота, присутствие хиральных молекул изменяет состояние золота".

Исследователей интересовало, как спиновой ток преобразуется в ток заряда. В пленке, состоящей из чистого золота, около трех процентов спинового тока превращается в заряд, независимо от того, ориентирован ли спин электронов вверх или вниз.

Однако в гибридизированной системе слоя золота с хиральными молекулами результат совсем другой. Если молекулы на поверхности золота являются правыми, токи со спином электронов вверх превращаются в заряд гораздо эффективнее, чем токи со спином вниз. Результат будет прямо противоположным, если молекулы на поверхности золота являются левыми. Степень, к которой спиновой ток преобразуется в ток заряда, таким образом, зависит от хиральности молекул на поверхности золота.

"Кроме того, эффект векторный", - пояснил Виттманн. Если спиральная структура хиральной молекулы направлена вверх, этот эффект возникает только в том случае, если оборот более или менее в том же направлении или полностью противоположен этому". С другой стороны, если направление вращения не совпадает с направлением, в котором находится спиральная структура, эффект не возникает. Следовательно, направления вращения и оси спирали должны либо соответствовать, либо быть точно противоположными друг другу.

Исследование хиральных молекул в контексте спинтроники открывает новые перспективы для развития электроники. Управление спином электронов с помощью хиральных молекул может привести к созданию более эффективных и миниатюрных электронных устройств, а также к развитию новых технологий в области хранения и обработки информации. Дальнейшие исследования в этом направлении, вероятно, приведут к еще более значительным достижениям в области спинтроники и откроют перед нами новые горизонты возможностей.

<< Назад: Закрепление здоровой привычки занимает два месяца 05.02.2025

>> Вперед: Падения стариков повышают риск деменции 04.02.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Солнце влияет на скорость радиоактивного распада 11.11.2010 Практически с тех пор как открыли явление радиоактивности, физики твердо знают: скорость радиоактивного распада постоянна для каждого способного к нему элемента и не меняется в зависимости от внешних условий. Однако многолетние данные, собранные американскими и немецкими физиками, заставляют усомниться в этом постулате. По долгосрочным наблюдениям Брукхейвенской национальной лаборатории (США) и Федерального института физики и техники в Германии, изотопы кремния-32 и радия-226 распадаются зимой чуть-чуть быстрее, чем летом, когда Земля на своей орбите удаляется от Солнца. А за полтора дня перед крупной вспышкой на Солнце и все время, пока она продолжалась, замедлился распад марганца-54. Кроме того, обнаружены небольшие колебания в скорости распада изотопов, случающиеся каждые 28 дней, что близко к скорости вращения Солнца вокруг своей оси (33 дня). Все три наблюдения указывают на какую-то роль Солнца в процессе радиоактивного распада на Земле. Авторы работы считают, что здесь действуют либо солнечные нейтрино - очень легкие и почти не реагирующие с материей элементарные частицы, либо какие-то другие, еще не известные нам частицы, летящие от светила. Если открытие подтвердится, оно как минимум позволит предсказывать вспышки на Солнце, что важно для космонавтики.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026