Миниатюризация технологии производства полупроводников приблизилась к своему пределу. В течение 70 лет обработка информации в компьютерах осуществляется посредством создания и переноса электрических сигналов. Это требует энергии, часть которой выделяется в виде тепла. Растущая плотность микросхем повышает требования и к охладительным системам.
Сейчас регулирование теплообмена — главная проблема миниатюризации. Например, охладительной системе американского суперкомпьютера Summit ежеминутно нужно 15 тонн воды.
Специалисты из Университета Констанца (Германия) предложили радикальное решение проблемы. Информация, закодированная магнитным образом, может быть передана без выделения тепла. Для этого используются магнитные свойства электронов — спины.
Сочетая сверхпроводимость со спинтроникой, две группы немецких физиков проложили путь к фундаментально иной информационной технологии будущего.
Исследователи сосредоточили свои усилия на основной сложности, связанной с этим подходом: тем, что в традиционных сверхпроводниках ток переносится парами электронов с противоположными магнитными моментами. Это означает, что такие пары немагнитные, а значит, они не могут переносить магнитную информацию. Магнитное же состояние формируется магнитными моментами, выровненными в параллель по отношению друг к другу и подавляющими сверхпроводящий ток.
Ученые провели эксперимент, проясняющий создание механизма таких пар электронов с параллельной ориентацией спинов. И доказали, что создать и обнаружить такие электронные пары возможно. Важно лишь найти подходящий материал. В данном опыте им стал алюминий и сульфид европия. Первый — хорошо изученный сверхпроводник, а второй — ферромагнитный диэлектрик, способный поддерживать магнитные свойства даже в очень тонком слое толщиной несколько нанометров.
Результаты воодушевили команду, и немецкие ученые надеются раскрыть потенциал сверхпроводящей спинтроники, которая, как они надеются, придет на смену технологии полупроводников.
Недавно группа американских физиков сформулировала основные параметры новой области материаловедения — исследования «электронных квантовых метаматериалов». Эта отрасль знаний позволит создавать новые синтетические метаматериалы с необычными качествами.
