site.btaТПС: Научен пробив дава възможност на квантовата технология да използва обикновени метали

Екип от израелски, американски и британски учени разгадаха вековна мистерия чрез засичане на трудно уловими магнитни сигнали в обикновените метали, използвайки само светлина, обяви Еврейският университет в Йерусалим, цитиран от израелската новинарска агенция ТПС. 

Откритията разкриват нови хоризонти пред материалознанието, електрониката и квантовите технологии. 

Изследването, публикувано в рецензираното издание "Нейчър къмюникейшънс" (Nature Communications), е първият случай, в който оптичното явление наречено "Ефект на Хол" се наблюдава в немагнитни метали като мед, злато и алуминий. 

"Ефектът на Хол", открит през 1879 г., е явление, при което електрически ток се отклонява в магнитно поле. В магнитни материали като желязото това създава силен и измерим сигнал. Но в немагнитните метали ефектът е много по-трудно доловим. От дълго време учените теоретизират, че би трябвало да съществува сродна хипотеза включваща светлина (ефектът на Хол), която позволява на изследователите да „видят“ как електроните реагират на магнитни полета. Това обаче остава скрито за повече от век. 

"Сякаш се опитвахме да чуем шептене в шумна стая", заяви професор Амир Капуа от Института по електроинженерство и приложна физика към Еврейския университет в Йерусалим. "Всички смятахме, че шептенето е там, но нямахме достатъчно чувствителен микрофон, за да го доловим". 

Воден от докторанта Надав Ам Шалом и Амир Капуа и в сътрудничество с института "Вайцман", Държавния университет на Пенсилвания и Манчестърския университет, екипът успява да разработи нов подход, който изважда на преден план скрития ефект. 

Прилагайки подобрен вариант на магнитооптичния ефект на Кер (МЕK), изследователите комбинират 440-нанометров син лазер с бързо модулирано магнитно поле. Това осезаемо увеличава чувствителността на техниката, което им позволява да засекат в металите магнитни отражения, които преди са били смятани за твърде "тихи", за да бъдат доловени. МЕК е физическо явление в което поляризацията или интензивността на светлината се променя, когато се отразява от намагнетизирана повърхност. 

"Може да смятате метали като медта или златото за магнитно инертни - те не се залепват за хладилника ви като желязо", обяснява Капуа. "Но при подходящите условия те реагират на магнитните полета, просто по много скрит начин. За първи път можем да засечем тези реакции използвайки видима светлина". 

До момента, учените, които опитваха да измерят тези ефекти, разчитаха на електрически проби чрез физическо прикрепване на тънки жици към устройства с нанометрични размери, което е труден, бавен и неустойчив процес. Новият метод, за разлика от предишния, изобщо не изисква физически контакт. Обикновен лъч светлина е достатъчен да разкрие магнитно поведение. 

Още по-изненадващо е откритието на изследователите, че слабите оптични сигнали - дълго време смятани за фонов шум - носят съдържателна информация. Този "шум" следва определен модел със спин-орбитално сдвояване, което е квантово механично взаимодействие, свързващо начина на движение на електроните с начина им на въртене. Разбирането на това поведение е ключово за разработване на електроника от следващо поколение от типа на спинтронна памет и квантово логически устройства. 

"Това е като да разбереш, че статичният шум по радиото не е просто смущение, а скрито съобщение", заяви Ам Шалом. "С правилното настройване на нашите инструменти, открихме начин да чуваме това, което електроните наистина казват". 

Ефектите ще бъдат широко използвани. Този метод не само отваря нов неинвазивен начин да изследваме магнитното поведение в обикновените метали, но и предоставя нов способ за характеризиране на материалите на атомно ниво. Инженерите могат да ползват тази информация, за да създадат по-бързи процесори, по-точни сензори и нискоенергийни изчислителни системи основани на квантови ефекти. 

"Това изследване превръща близо 150-годишен научен проблем в солидна нова възможност", завърши Капуа. 

(Тази информация се разпространява по споразумение между БТА и ТПС)