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:

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Телескоп Эвклид раскрыл сердце Млечного Пути 28.06.2026

Космические телескопы позволяют человечеству заглянуть в самые отдаленные уголки Вселенной, раскрывая тайны темной материи, далеких галактик и процессов звездообразования. Один из современных аппаратов, предназначенных для масштабных обзоров неба, неожиданно оказался мощным инструментом для изучения нашей собственной Галактики. Речь идет о телескопе "Эвклид", который предоставил астрономам одно из самых детальных изображений центральной области Млечного Пути. Космический телескоп "Эвклид" был создан прежде всего для исследования темной материи и темной энергии, составляющих основную часть массы-энергии Вселенной. Однако ученые нашли ему дополнительное применение, направив прибор на густонаселенные звездные поля нашей Галактики. За относительно короткое время наблюдений - всего 26 часов - аппарат зафиксировал более 60 миллионов звезд в центральной части Млечного Пути. Такой результат стал возможен благодаря высокому разрешению и широкому полю зрения инструмента. Особый интерес для ...>>

Гренландские акулы - рекордсмены долголетия среди позвоночных 27.06.2026

В мире живых существ продолжительность жизни варьируется от нескольких дней у некоторых насекомых до нескольких десятилетий у крупных млекопитающих. Однако среди морских обитателей есть настоящие долгожители, чей возраст поражает воображение. Гренландские акулы, населяющие холодные воды Северной Атлантики и Арктики, по праву считаются самыми долговечными позвоночными на планете, и современные научные методы позволили точно оценить масштаб их жизненного пути. Эти крупные хищники растут крайне медленно - всего на несколько сантиметров за несколько лет, достигая в итоге более пяти метров в длину. Долгое время определить точный возраст гренландских акул было практически невозможно, поскольку у них отсутствуют традиционные маркеры, такие как годовые кольца на костях или чешуе. Предположения о выдающемся долголетии существовали давно, но требовали надежного подтверждения. Прорыв наступил в 2016 году, когда международная группа ученых применила радиоуглеродный анализ к хрусталикам глаз ...>>

Случайная новость из Архива Лабораторная свинина с антиоксидантами 20.11.2024 Исследователи из Национального университета представили уникальный продукт - лабораторную свинину, созданную с использованием красного сорго. Эта разработка не только воспроизводит вкус и текстуру традиционного мяса, но и обладает дополнительными полезными свойствами благодаря антиоксидантам. Красное сорго - богатый источник антоцианов, натуральных соединений, придающих продукту насыщенный красный цвет и обладающих антиоксидантными свойствами. Использование этого злака позволяет отказаться от искусственных красителей и делает лабораторное мясо более натуральным и экологически чистым. В основе разработки лежит использование белка кафирина, содержащегося в красном сорго. Команда под руководством профессора Хуан Дециана использовала кафирин для создания 3D-каркасов, необходимых для роста клеток. Эти каркасы обеспечивают стабильный цвет, который не меняется при термической обработке, а также уникальную текстуру, напоминающую традиционное мясо. Кроме того, кафирин обладает гипоаллергенными свойствами и устойчивостью к разрушению, что делает его идеальным компонентом для применения в альтернативных продуктах питания. Лабораторная свинина, выращенная с использованием красного сорго, отличается высоким содержанием белка - 22,9%, что превышает показатели обычного мяса. Кроме того, ее текстура остается стабильной даже после готовки, сохраняя приятный вкус и внешний вид. Отказ от красителей и минимизация добавок делают продукт более экологически чистым. Использование растительных каркасов на основе сорго также снижает затраты на производство культивированного мяса, что делает его доступным для широкой аудитории. Помимо создания мяса, технология имеет потенциал для применения в других продуктах, включая безглютеновые хлебозаменители и антиоксидантные пищевые добавки. Этот проект является частью глобального движения за устойчивое развитие пищевой индустрии. Альтернативные мясные продукты, такие как лабораторная свинина с антиоксидантами, помогают снизить нагрузку на окружающую среду и обеспечивают более безопасные и полезные варианты питания для потребителей. Искусственное мясо, выращенное на основе красного сорго, открывает новые горизонты для пищевых технологий. Его натуральные свойства, экологичность и улучшенная пищевая ценность делают этот продукт важным шагом на пути к созданию более устойчивой и здоровой системы питания. В ближайшем будущем такие разработки могут не только изменить наш рацион, но и внести вклад в решение глобальных экологических и продовольственных проблем.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026