Еще одно достижение в развитии квантовых технологий

27 сентябрь, 2013 - 13:38Леонид Бараш

Международная команда ученых обнаружила новый эффект в области фундаментальной физики, который может иметь важные применения в будущих электронных устройствах и в передаче данных на квантовом уровне.

Электрический ток, используемый сегодня для питания электронных устройств, создается потоком зарядов. Однако появляющиеся квантовые технологии, такие как спинтроника, используют как заряд частиц, так и их спин для передачи и обработки сигналов и данных.

Экспериментальная и теоретическая работа, выполненная исследователями из Йоркского департамента физики, Института нанотехнологий в Париже и Университета Миссури-Колумбия, США, может найти важные реализации в спинтронике и квантовых информационных технологиях.

Команда рассмотрела полупроводниковые структуры, являющиеся основой современных электронных и многих предлагаемых спинтронных устройств, и проблемы, создаваемые внутренними полями, или спин-орбитальным взаимодействием. В общем, они воздействуют на каждый электронный спин по-разному, вызывая явление, называемое нарушением когерентности. Это значит, что спины электронов начинают вести себя неуправляемым и непредсказуемым образом.

Чтобы решить эту проблему, ученые рассмотрели полупроводниковые структуры, называемые квантовые ямы, в которых спин может возбуждаться коллективно и согласованно с помощью лазеров и рассеяния света.

Они продемонстрировали, что эти коллективные спиновые возбуждения обладают макроскопическим спином квантовой природы. В других словах, электроны и их спины действуют как единая сущность, что делают их менее восприимчивыми к возмущениям со стороны орбитальных магнитных моментов.

Теоретические исследования проводились под руководством д-ра Ирен Д’Амико (Irene D’Amico) из Йоркского департамента физики и адъюнкт-профессором Карстеном Ульрихом (Carsten Ullrich) из Университета Миссури—Колумбия. Проект начался с их предсказывания эффекта спинового кулоновского торможения коллективных спиновых возбуждений и преобразовался в крупный международный проект, занявший три года.

«Эта работа переросла в глубокое международное сотрудничество, в результате которого намного улучшилось наше понимание на фундаментальном уровне роли многочастичных взаимодействий в поведении спинов электронов, - сказала д-р Д’Амико. – Объединив экспериментальные и теоретические исследования, мы смогли продемонстрировать, что посредством многочастичных взаимодействий макроскопическая совокупность спинов может себя вести, как единая сущность с единым макроскопическим квантовым спином, более устойчивым к рассогласованию. В будущем можно использовать эти возбуждения как сигналы, чтобы передавать или обрабатывать данные на квантовом уровне».

Д-р Флорен Перес (Florent Perez), который возглавлял экспериментальные исследования совместно с Флореном Бабу (Florent Baboux) при CNRS/Université Paris VI, сказал, что результаты указывают на то, что квантовая природа макроскопического спина является универсальной для коллективных спиновых возбуждений в проводящих системах.