Впервые учёные намагнитили немагнитный материал при комнатной температуре, создав квантовое свойство, которое, по их словам, может проложить путь к сверхбыстрым вычислениям.
«Переключаемое» магнитное поле однажды можно будет использовать для хранения и передачи информации. Раньше это было возможно только при сверхнизких температурах.
Результаты открывают путь к созданию «сверхбыстрых магнитных переключателей, которые можно использовать для более быстрой передачи информации и значительно лучшего хранения данных, а также для компьютеров, которые будут значительно быстрее и энергоэффективнее», — говорится в заявлении ведущего автора исследования Александра Балатски (Alexander Balatsky), профессора физики в Nordic Institute for Theoretical Physics (NORDITA).
Учёные уже давно хотели использовать странные законы квантовой механики для улучшения вычислительных систем, например, в квантовых вычислениях. Но квантовые состояния хрупки и могут легко распадаться, или «декогерировать», из-за шума, такого как тепловая вибрация или случайное колебание атомов.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи, стремящиеся создать квантовое поведение, обычно охлаждают свои материалы почти до абсолютного нуля. Но это затрудняет обслуживание и эксплуатацию таких систем.
В 2017 году Балатски и его коллеги изложили теоретический подход к созданию квантового состояния, называемого «динамической мультиферроичностью», при котором электрическая поляризация вызывает магнетизм в немагнитном материале. Этот процесс включает в себя перемешивание атомов титана в материале таким образом, что они генерируют магнитное поле.
В новом исследовании, опубликованном 10 апреля в журнале Nature, команда Балатски продемонстрировала теорию на атомах титана, окружённых титанатом стронция — оксидом, созданным из титана и стронция. Команда передавала лазерные импульсы, которые генерировали фотоны с круговой поляризацией, или световые частицы, в узком диапазоне длин волн.
Исследователи воздействовали инфракрасным лазером с длиной волны 1300 нанометров на материал фемтосекундными (квадриллионная доля секунды) импульсами по 800 микроджоулей; для сравнения, мощность лазеров, используемых при эпиляции, составляет до 40 джоулей – или 40 000 000 микроджоулей. Они сфокусировали импульсы на материале, используя три параболических зеркала, чтобы создать округлый луч диаметром примерно 0,5 миллиметра.
Эти импульсы вызывали круговое движение атомов внутри материала. В этом случае при левоциркулярной поляризации северный полюс намагниченности направлен вверх, а при правоциркулярной поляризации северный полюс направлен вниз, создавая магнитные поля, такие же сильные, как магнит на холодильнике, которые можно включать и выключать. Магнитное поле существовало только пока атомы перемешивались.
Исследователи предполагают, что этот прорыв приведёт к созданию сверхбыстрых магнитных переключателей, которые могут работать при комнатной температуре — с использованием лазеров для управления колебаниями решётки материала. Эта система может стать основой для транзисторов в небольших и более быстрых вычислительных системах, которым для работы больше не требуются низкие температуры.
Это не первый случай, когда учёные используют свет, чтобы использовать силу магнетизма для вычислений. В январе в отдельном исследовании использовалась магнитная составляющая света для манипулирования магнетизмом твёрдого материала, что в будущем может привести к созданию сверхбыстрых компонентов магнитной вычислительной памяти.
