`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

BEST CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Топологические материалы для сверхбыстрой спинтроники

0 
 

Законы квантовой физики управляют микромиром. Они определяют, например, насколько легко электроны движутся через кристалл и, таким образом, является ли материал металлом, полупроводником или диэлектриком. Квантовая физика может приводить к экзотическим свойствам в определенных материалах: в так называемых топологических изоляторах только электроны, которые могут занимать определенные квантовые состояния, могут свободно перемещаться, как безмассовые частицы, по поверхности, в то время как эта подвижность полностью отсутствует для электронов в объеме. Более того, электроны проводимости в «коже» материала обязательно поляризованы по спину и образуют устойчивые металлические поверхностные состояния, которые можно использовать в качестве каналов для возбуждения чистых спиновых токов в фемтосекундных временных масштабах (1 фс = 10 -15 с).

Эти свойства открывают захватывающие возможности для разработки новых информационных технологий на основе топологических материалов, таких как сверхбыстрая спинтроника, за счет использования спина электронов на их поверхности, а не заряда. В частности, оптическое возбуждение фемтосекундными лазерными импульсами в этих материалах представляет собой многообещающую альтернативу для реализации высокоэффективной передачи спиновой информации без потерь. Спинтронные устройства, использующие эти свойства, обладают потенциалом превосходных характеристик, поскольку они позволят увеличить скорость передачи информации до частот в тысячу раз быстрее, чем в современной электронике.

Тем не менее, прежде чем можно будет разработать устройства спинтроники, необходимо ответить на многие вопросы. Например, подробности того, как именно объемные и поверхностные электроны топологического материала реагируют на внешний стимул, то есть лазерный импульс, и степень перекрытия в их коллективном поведении в ультракоротких временных масштабах.

Команда, возглавляемая физиком из HZB доктором Хайме Санчес-Баррига (Jaime Sánchez-Barriga), теперь по-новому взглянула на такие механизмы. Команда, которая также создала Совместную исследовательскую группу в сотрудничестве с коллегами из Государственного университета им. М. В. Ломоносова, Москва, исследовала монокристаллы элементарной сурьмы (Sb), которые ранее предлагались в качестве топологического материала. «Это хорошая стратегия - изучать интересную физику в простой системе, потому что именно там мы можем надеяться понять фундаментальные принципы, - объясняет д-р Санчес-Баррига. Экспериментальная проверка топологических свойств этого материала потребовала от нас непосредственного наблюдения за его электронной структурой в высоковозбужденном состоянии с разрешением по времени, спину, энергии и импульсу, и таким образом мы получили доступ к необычной динамике электронов», - добавляет Санчес-Баррига.

Цель состояла в том, чтобы понять, как быстро возбужденные электроны в объеме и на поверхности Sb реагируют на поступление внешней энергии, и изучить механизмы, управляющие их откликом. «Управляя временной задержкой между начальным лазерным возбуждением и вторым импульсом, которая позволяет нам исследовать электронную структуру, мы смогли построить полную разрешенную во времени картину того, как возбужденные состояния покидают и возвращаются в равновесие в сверхбыстрых временных масштабах. Уникальное сочетание времени и возможностей спинового разрешения также позволило нам напрямую исследовать спиновую поляризацию возбужденных состояний, находящихся далеко от равновесия», - говорит д-р Оливер Дж. Кларк (Oliver J. Clark).

Данные демонстрируют «изгибную» структуру энергетическо-импульсной дисперсии поверхностных состояний, которую можно интерпретировать как увеличение эффективной массы электрона. Авторам удалось показать, что это увеличение массы играет решающую роль в определении сложного взаимодействия в динамическом поведении электронов из объема и поверхности, также в зависимости от их спина, после сверхбыстрого оптического возбуждения.

«Наше исследование показывает, какие существенные свойства этого класса материалов являются ключом к систематическому контролю соответствующих временных масштабов, в которых могут генерироваться и управляться спин-поляризованные токи без потерь», - объясняет Санчес-Баррига. Это важные шаги на пути к устройствам спинтроники, основанным на топологических материалах, обладающих расширенными функциональными возможностями для сверхбыстрой обработки информации.

Топологические материалы для сверхбыстрой спинтроники

Снимки электронной структуры Sb, полученные с фемтосекундным разрешением. Обращает внимание изменение спектрального веса выше энергии Ферми

Вы можете подписаться на нашу страницу в LinkedIn!

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT