Исследователи смогли оперировать двумя битами в одном атоме — Naked Science
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.
Вчера, 20:57
Илья Ведмеденко

По словам космонавта Олега Новицкого, на новом российском модуле «Наука» незапланированно включились двигатели.

Вчера, 18:47
Мария Азарова

Антитела, вырабатываемые организмом в ответ на коронавирус, активируют повышенную функцию тромбоцитов. Это может вызывать смертельные тромбы у пациентов с тяжелой формой болезни. Авторы нового исследования предложили решение проблемы.

Позавчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[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?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: