Крошечные ловушки управляют квантовой магнитной памятью

23 мая 2018 г., 18:35

Сверхпроводящие материалы предлагают перспективный субстрат для компьютеров будущего из-за отсутствия сопротивления при низких температурах. Флюксоны, квантовые трубки магнитного поля, пронизывающие сверхпроводник, могут действовать как крошечные, эффективные элементы памяти в таких устройствах, но только если их расположением можно управлять. Теперь исследователи из Австрии разработали наноструктурированные сверхпроводники, которые могут улавливать и упорядочивать флюксоны в неоднородные паттерны. Эти паттерны могут служить основой для хранения информации на компьютерах на базе сверхпроводников.

Для улучшения электронных устройств и одновременном снижении потребления энергии ученые ищут новые технологии обработки информации с использованием новых материалов. Сверхпроводники - одно из решений, потому что при охлаждении до низких температур они имеют нулевое сопротивление - и, следовательно, нулевые потери энергии. К сожалению, многие явления, используемые в классической электронике, работают по-разному в сверхпроводниках, включая магнетизм, столь полезный для хранения информации.

Когда некоторый тип сверхпроводника помещается в магнитное поле, поле входит в материал в форме крошечных трубках поля, называемых флюксонами, окруженными токовыми вихрями. Флюксоны, естественно, образуют однородную гексагональную решетку внутри сверхпроводника, которая с точки зрения информации эквивалентна пустой бумаге. Если мы хотим кодировать информацию в этой компоновке, мы должны иметь возможность управлять паттерном.

В исследованиях, которые могли бы стать первым шагом на пути к такому достижению, Вольфганг Ланг (Wolfgang Lang) и команда из Венского университета и Университета Йоханнеса-Кеплера, г. Линц, создали наномерный массив ловушек, которые могут заставить флюксоны застревать в неоднородном расположении. Эти ловушки могут быть битами для флюксонного компьютера, где заполнение флюксона, управляемое магнитным полем, определяет каждую ловушку как 0 или 1.

Ловушки даже помогают стабилизировать неоднородное расположение для долговременного хранения информации. Георг Цехнер (Georg Zechner), ведущий автор статьи, говорит: «Даже после нескольких дней мы наблюдали точно такое же расположение флюксонов - долговременную стабильность, которая довольно удивительна для квантовой системы».

Технология ловушек флюсонов была разработана совместно с промышленным партнером IMS Nanofabrication AG, Австрия. Исследователи создали структуру, бомбардируя сверхпроводящий материал гелиевыми ионами через маску, рисуя массив дефектов. Этот процесс является быстрым, легко реализуемым в промышленном масштабе и позволяет избежать контакта с поверхностью материала.

Следующим шагом будет найти легкий способ изменения и определения расположение флюксонов, включая более сложные наномерные структуры. Опираясь на прогресс, достигнутый Лангом и командой, эти методы могут стать техникой записи и считывания для устройства памяти на основе сверхпроводников.

Крошечные ловушки управляют квантовой магнитную памятью