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.
17 сентября
Илья Ведмеденко

Полностью электрический самолет от компании Rolls-Royce совершил первый полет. Он должен будет развить скорость почти 500 километров в час, установив рекорд для машин такого типа.

17 сентября
Илья Ведмеденко

На выставке DSEI-2021 компания Babcock International впервые показала модель перспективного большого ракетного катера нового типа, который получат украинские Военно-морские силы. Его создадут по программе UNCEP. В основе концепта — британский малый патрульный корабль Protector 50.

17 сентября
Мария Азарова

Она значительно увеличилась за последнюю неделю и теперь превышает по размерам 75% озоновых дыр, наблюдаемых с 1979 года.

15 сентября
ПНИПУ

Ученые Пермского Политеха и Хуачжунского университета науки и технологии (КНР) создали уникальную технологию, которая позволит предприятиям производить промышленные изделия без дефектов. Лазерная сварка в вакууме позволит повысить качество ответственных конструкций в аэрокосмической и машиностроительной отраслях. Российские и зарубежные ученые реализовали разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов), который действует в Пермском крае с 2011 года и не имеет аналогов в России.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

12 часов назад
Александр Березин

Сегодня на Землю вернулся экипаж Inspiration 4. Пресса уже единодушно пишет об этом так: большой и яркий успех амбициозной космической компании. Без единого профессионала-астронавта — и взлетели выше МКС! Все это правда. Но правда и другое: сам Илон Маск и все, кто хорошо представляют себе пилотируемые космические полеты, находились в напряжении все трое суток, пока четверо смелых из Inspiration 4 были в космосе. И можно с уверенностью сказать, что впереди у SpaceX, кажется, еще куда более рискованные полеты. Попробуем разобраться почему.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

9 сентября
Алиса Гаджиева

Необычный артефакт обнаружили в одном из пунктов сбора вторсырья в Красноярском крае.

[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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: