02.09.2020
Денис Гордеев
1

Исследователи смогли оперировать двумя битами в одном атоме

6.1

Добиться этого ученые сумели при помощи сканирующего туннельного микроскопа.

Графическая интерпретация вращения электрона вокруг ядра атома
Графическая интерпретация вращения электрона вокруг ядра атома / TU Delft

Физики из Делфтского технологического университета смогли независимо управлять двумя различными типами магнетизма в атоме. Фактически такое влияние дает возможность хранить в одном-единственном атоме два бита информации. Статья об этом опубликована в издании NPJ Quantum Materials.

Магнетизм атома — результат вращения его электронов вокруг ядра. Такое вращение может быть двух типов. «Сравните с Землей, вращающейся вокруг Солнца, — приводит пример Сандер Отте, руководитель исследования. — С одной стороны, она вращается вокруг Солнца, что обуславливает годовые циклы. Также Земля вращается вокруг своей оси, что приводит к чередованию дня и ночи».

Электрон подобным образом вращается как вокруг атомного ядра, так и вокруг собственной условной оси. Соответственно, у этой частицы есть два угловых момента: орбитальный, обусловленный движением по ядерной орбите и спиновый, который зависит от вращения частицы вокруг своей оси.

Каждое из этих движений в принципе можно использовать для хранения информации. Например, орбитальное вращение может происходить по или против часовой стрелки. Таким образом, эти два направления могут представлять значения двоичной системы — 0 и 1. Аналогично обстоит ситуация со спиновым вращением. Теоретически это дает возможность хранить в одном атоме сразу два бита информации. «На практике, однако, это довольно сложно, — объясняет Сандер Отте. — Если вы меняете направление орбитального вращения на противоположное, спин тоже почти всегда изменяется при этом».

Исследование, проведенное в Делфтском университете, открыло возможность для управления орбитальным вращением частицы, не влияя на ее спин. Этот феномен связан с так называемым эффектом Эйнштейна — де Хааза — Ричардсона, который состоит в том, что ферромагнетик при намагничивании вдоль некоторой оси приобретает относительно нее вращательный импульс, пропорциональный приобретенной намагниченности. Таким образом, изменение направления орбитального движения атома может быть скомпенсировано намагничиванием куска металла, в котором этот атом находится.


(А) Топография атомов железа на поверхности Cu2N / Cu3Au. (B) Вид сбоку и сверху на геометрию связывания атома Fe (красный) c атомом N (синий) на поверхности Cu2N / Cu3Au  (коричневым цветом показаны атомы меди, желтым — атомы золота). (С) Расчетная положительная (красный цвет) и отрицательная (синий цвет) спиновая плотность электронов.

Для манипуляций в своей работе ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп: в нем на атомы воздействует сверхтонкая игла, на которую подается небольшой электрический потенциал. Обычно каждый атом ферромагнетика вступает в контакт с несколькими соседними атомами, что усложняет манипуляции. В новом исследовании физики достигли идеального разделения между орбитальным и спиновым вращением, поместив атом железа при помощи иглы микроскопа точно поверх единичного немагнитного атома азота в нитриде двухвалентной меди (Cu2N) или аурикуприде (Cu3Au).

Возможность хранить по несколько битов в отдельных атомах увеличила бы текущую максимальную емкость памяти во много раз. Однако Отте предупреждает, что до коммерческого атомарного хранения данных еще далеко: «Главный результат в том, что мы сделали еще один шаг вперед в нашей способности контролировать атомы и даже электроны, вращающиеся вокруг них. Это прекрасно само по себе».

Ранее физики из Университетского колледжа Лондона не смогли объяснить странное поведение частиц позитрония, а их коллеги из Принстонского университета оценили шансы человека пережить попадание в кротовую нору.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 05:30
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Вчера, 15:57
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили новые изображения мощнейшего в истории Китая авианосца, который находится на заключительной стадии строительства. Кроме того, художник детально изобразил авиагруппу, состоящую из перспективных истребителей пятого поколения.

11 часов назад
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

Позавчера, 05:30
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

02.09.2020
-
0
+
Поль Дирак, который и ввёл понятие спина, с самого начала предупреждал, что спин -- это НЕ вращение частицы вокруг своей оси, это просто аналогия, причём, судя про распространённость утверждения "спин -- это вращение частицы вокруг своей оси", неудачная.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: