IBM Research разработала новый метод исследования магнитных свойств вещества

Ученые IBM разработали новый мощный метод исследования и регулирования магнитных явлений на фундаментальном - атомном - уровне.

Новый метод обещает стать важным инструментом не только в попытках понять работу компьютерных электронных схем и элементов систем хранения данных в условиях уменьшения их размеров до атомных масштабов, но и в создании основ для получения новых материалов и вычислительных устройств, использующих магнитные явления атомного уровня.

"Мы открыли окно в мир атомного магнетизма, - сказал Андреас Хайнрих (Andreas Heinrich), сотрудник исследовательского центра IBM в Альмадине, Сан-Хосе, штат Калифорния. - Теперь мы можем устанавливать атомы в заданные положения и управлять их магнитными взаимодействиями с помощью точно сконструированных структур".

Новый метод, получивший название спектроскопии спиновых возбуждений, основан на применении созданного в IBM специального низкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа, способного работать в широком диапазоне магнитных полей - вплоть до полей в 140 тысяч раз сильнее земного. Исследователи сначала устанавливают атомы в нужные положения, а затем измеряют взаимодействия между их спинами, которые являются первоосновой магнетизма.

В ходе экспериментов исследователи IBM создавали цепочки длиной до 10 атомов марганца на поверхности с высокими изоляционными свойствами и следили за изменением магнитных свойств по мере добавления новых атомов. Выяснилось, что цепочки с четным числом атомов не имеют суммарного магнетизма, в то время как цепочки с нечетным числом атомов таким магнетизмом обладают.

Как отметил Джан-Люка Бона (Gian-Luca Bona), управляющий лабораторией IBM в Альмадине по науке и технологиям: "Где-то в течение ближайших двух десятков лет станет практически невозможно продолжать улучшать характеристики транзисторов и других традиционных микроэлектронных схемных элементов путем простого сокращения их размеров. Нам понадобятся альтернативные структуры, а, возможно, и другие подходы к вычислениям. Технологии, подобные этой, могут дать нам знания, необходимые для создания таких альтернатив".

Помимо исследования фундаментальных свойств магнитных материалов, новый метод, по мнению исследователей IBM, может быть использован в будущем и для других целей:

• Для исследования пределов возможностей магнитных устройств хранения данных или для точной настройки энергии, необходимой для изменения коллективной ориентации спинов небольшого числа связанных магнитной связью атомов.

• Для исследования возможностей "спиновых проводников" и спиновой версии "молекулярного каскада" - созданной этой же группой в 2002 году молекулярной системы, которая представляла собой действующую компьютерную схему примерно в 260 тысяч раз меньших размеров, чем такая же схема в традиционном кремниевом исполнении (что соответствует 50 годам сокращения размеров по закону Мура).

• Для исследования возможностей применения специально сконструированных спиновых взаимодействий в квантовых информационных системах, в частности, в квантовых компьютерах.