0
16982
Газета Печатная версия

26.12.2023 17:32:00

Исследователям удалось программировать желаемые магнитные состояния и их обмен

Приключения электронов в молекулярном решете

Тэги: физика, лазеры, исследования, технологии


физика, лазеры, исследования, технологии Электрон разделяется на два в сплиттере, и после прохода между электродами они излучают фотоны разной длины волны (разных цветов). Иллюстрации Physorg

Электричество может «бить» и безо всякого тока, и тогда оно называется статическим. Последнее накапливается в результате окислительно-восстановительных реакций – например, в конденсаторе, известном под названием «лейденская банка». В первые годы и даже десятилетия после создания лейденской банки это устройство было источником электричества. Не обошлось без этого примитивного конденсатора и в тот момент, когда итальянец Луиджи Гальвани заставил дергаться лапки умерщвленных лягушек.

За несколько лет до смерти Гальвани родился Майкл Фарадей. Он много чего наизобретал и наоткрывал. В том числе Фарадей открыл и весьма важное для биологии явление поляризации аминокислот (белки) и сахаров (ДНК). Наши протеины состоят из аминокислот, вращающих плоскость поляризованного света влево, а в составе нуклеиновых кислот – лишь правовращающие сахара. Возможно, что поляризация как составляющая более общего и сложного процесса определяет, почему у нас сердце слева, а печень справа и почему кисти рук не совмещаются друг за другом на оси. Это явление называется «хиральность» (от греческого «хирос» – «рука»).

Своеобразной хиральностью обладает и электрон, который можно сравнить с юлой, имеющей квантовый момент движения. Он определяется буквально как spin («вращение»). Поворот электрона может быть по часовой стрелке или против нее, поэтому в школьных учебниках спины изображают в виде разнонаправленных стрелок.

13-2-2-t.jpg
Мономолекулярный переключатель
между двумя электродами.
Иллюстрации Physorg
Теоретики и практики возлагают на спины большие надежды, поскольку овладение контролем над ними позволит развивать спинтронику – в противовес привычной уже электронике. Пока же господствует последняя, хотя у нее много «недоброжелателей». Уж очень много в электронике завязано на транзистор.

От первых транзисторов и больших интегральных схем (БИС) индустрия породила микро-, а затем и наноэлектронику. Сегодня же активно осваиваются бислойные пленки атомов, например дителлурида молибдена (MoTe2). Не оставляются надежды и на графен, представляющий моноатомную пленку из углеродных «сот». За открытие этого состояния углерода была присуждена Нобелевская премия. Своей формой графеновые ячейки похожи на кольцевую молекулу бензола, но без его двойных связей.

Бензол помимо всего прочего знаменит своими производными – нафталин и анилин (вспомните анилинового короля из «Гиперболоида» Алексея Толстого). Российский химик Николай Зинин еще в 1842 году синтезировал анилин, добавив в графеновой соте аминогруппу –NH2, по которой названы аминокислоты белков. Азот, подобно кислороду, оттягивает на себя электроны, поэтому составляющие протеинов, с одной стороны, кислота, а с другой – основание, щелочь.

Джеймс Максвелл обосновал в четырех уравнениях единство электрического и магнитного полей, составляющих свет. Майкл Фарадей дал импульс развитию электротехники, показав наличие индукции тока в магнитном поле. Этот эффект лежит в основе работы электрогенераторов.

Сегодня исследователи работают с лазерными решетками, в ячейках-лунках которых удерживаются атомы, ионы и электроны. Физики из университетов Гонконга и Сиэтла (США) совместными усилиями показали, что при температуре 14 К (около 260 градусов ниже нуля по Цельсию) в бислое MoTe2 можно программировать желаемые магнитные состояния и их обмен. Известно, что у ферромагнетиков (типичные представители – железо и кобальт, никель и соединения хрома, марганца и даже урана) спины параллельны и однонаправлены. Это и порождает домены намагничивания.

Авторы показали возможность «возвращения» к ферромагнитному состоянию, что открывает новые перспективы развития наноэлектроники. Чуть ранее Университет Сиэтла сообщил о получении специфично-аномальных квантовых состояний в том же MoTe2.

13-2-3-t.jpg
Сверхпроводимость с помощью электронных пар
с разнонаправленными спинами частиц.
Иллюстрации Physorg
Фотонное приложение журнала Nature представило статью из Рочестерского университета (США), в которой продемонстрировано моделирование квантовых состояний в масштабах стандартного чипа. В ходе «симуляции» один электрон разделялся в специальном устройстве (сплиттер) на пару, проходившую между двумя электродами. Это похоже на «разделение» луча света, проходящего сразу через две узкие щели. Такой подход обещает квантовое моделирование на чипах, что удешевит и ускорит исследования.

О подобном сообщил авторский коллектив из университетов Гренобля и финского Аальто, Физического института в Брауншвейге и Института науки и технологии в корейском Тэджоне, а также Рижского университета. Авторы промоделировали траектории электронов, «разделенных» электронных пучков. Авторы статьи в Nature считают, что квантовая электроника обещает существенный прогресс в деле сверхчувствительных (ultra-sensitive) измерений и создания наноэлектронных сетей и процессоров квантовой информации.

Они показали, в частности, что для изменения траектории одного электрона можно использовать другой одиночный электрон. При этом контролируемые столкновения одиночных частиц обеспечиваются достаточным – пикосекундным (10–12 с) – разрешением во времени. Они сравнивают свой метод со столкновением двух авто на нерегулируемом перекрестке, камера которого четко фиксирует их коллизию.

Достижения наноэлектроники впечатляют ученых. В Техасском университете A&M предложили конструкцию молекулярного переключателя (switch). Для этого они «сконструировали» органо-электронное производное нескольких анилиновых молекул (циклогексадиен-диимин), обладающее хорошим окислительно-восстановительным потенциалом. Молекула из пяти колец выполняет роль «припоя», соединяющего электроды. Стабилизированная таким образом цепь эффективно проводит заряд (нечто похожее можно видеть на примере цепи переноса электронов в митохондриях клеток). Техасцы полагают, что они доказали надежность и стабильность использования органических молекул и программируемость молекулярного транспорта зарядов, а также и мономолекулярных переключателей. 


Читайте также


Ликвидация сезонности в строительстве даст колоссальный экономический результат

Ликвидация сезонности в строительстве даст колоссальный экономический результат

Владимир Гузь

А с прогнозированием потребления цемента строители не справляются

0
1214
Уроки труда в школе должны быть конкретными

Уроки труда в школе должны быть конкретными

Владимир Семенихин

Даже забивание гвоздей требует знаний и умений

0
1471
Маленькая дипломатическая победа Китая в Европе

Маленькая дипломатическая победа Китая в Европе

Владимир Скосырев

Пекин обрел партнера по безопасности в лице Будапешта

0
1721
До полноценного биокомпьютера остался один шаг

До полноценного биокомпьютера остался один шаг

Игорь Лалаянц

Нейрональный органоид, выращенный из стволовых клеток, уже умеет распознавать голоса

0
5137

Другие новости