Pentru prima dată, oamenii de știință au magnetizat un material nemagnetic la temperatura camerei, inducând o proprietate cuantică despre care spun ei că ar putea deschide calea pentru calcularea ultra-rapidă.
“Schimbabil” camp magnetic ar putea fi folosit într-o zi pentru a stoca și transmite informații. Acest lucru a fost ceva anterior posibil doar la temperaturi ultrareci.
Rezultatele deschid calea pentru „comutatoare magnetice ultra-rapide care pot fi utilizate pentru un transfer mai rapid de informații și o stocare a datelor considerabil mai bună și pentru computere care sunt semnificativ mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic”, autorul principal al studiului, Alexandru Balatskyprofesor de fizică la Institutul Nordic de Fizică Teoretică (NORDITA), a declarat într-un afirmație.
Oamenii de știință și-au dorit de mult timp să valorifice legile ciudate ale mecanica cuantică pentru a îmbunătăți sistemele de calcul, de exemplu în calculul cuantic. Dar stările cuantice sunt delicate și se pot destrăma cu ușurință sau „decoerează”, datorită zgomotului, cum ar fi vibrația termică sau zgomotul aleator al atomilor.
Pentru a evita acest lucru, cercetătorii care urmăresc să creeze un comportament cuantic de obicei își răcesc materialele până la aproape zero absolut. Dar asta face ca astfel de sisteme să fie dificil de întreținut și de operat.
În 2017, Balatsky și colegii a stabilit o abordare teoretică la generarea unei stări cuantice, numită „multiferoicitate dinamică”, în care polarizarea electrică a indus magnetismul într-un material nemagnetic. Procesul implică agitarea atomilor de titan dintr-un material astfel încât să genereze un câmp magnetic.
În noul studiu, publicat pe 10 aprilie în jurnal Natură, echipa lui Balatasky a demonstrat teoria atomilor de titan înconjurați de titanat de stronțiu – un oxid creat din titan și stronțiu. Echipa a transmis impulsuri laser care au generat polarizare circulară fotoniisau particule de lumină, într-o bandă îngustă de lungimi de undă.
Cercetătorii au tras laserul infraroșu cu lungime de undă de 1.300 de nanometri asupra materialului în rafale de femtosecundă (o cvadrilionime dintr-o secundă) de 800 de microjouli; prin comparație, laserele folosite în epilare sunt de până la 40 de jouli – sau 40.000.000 de microjoli. Ei au concentrat impulsurile pe material folosind trei oglinzi parabolice pentru a crea un fascicul rotunjit de aproximativ 0,5 milimetri în diametru.
Aceste impulsuri au indus mișcare circulară în atomii din material. Când este polarizat circular la stânga, polul nord de magnetizare îndreptat în sus, dar când este polarizat circular la dreapta, polul nord este îndreptat în jos, creând câmpuri magnetice la fel de puternice ca un magnet de frigider care poate fi pornit și oprit. Câmpul magnetic a existat doar în timp ce atomii erau agitați.
Cercetătorii își imaginează această descoperire care va duce la comutatoare magnetice ultrarapide care pot funcționa la temperatura camerei – folosind lasere pentru a controla vibrațiile rețelei ale unui material. Acest sistem ar putea sta la baza tranzistorilor din sistemele de calcul mai mici și mai rapide, care nu mai necesită temperaturi scăzute pentru a funcționa.
Nu este prima dată când oamenii de știință folosesc lumina pentru a valorifica puterea magnetismului pentru calculare. În ianuarie, un studiu separat a folosit componenta magnetică a luminii pentru a manipula magnetismul unui material solid, ceea ce ar putea duce la componente de memorie de calcul magnetice ultrarapide în viitor.