Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Компьютер на квантовых вихрях

Ключевые слова:  Исследования, Квантовые вихри, МФТИ, Фазовые переходы

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

14 сентября 2015

Ученые МФТИ подобрались к пониманию свойств странных материалов, овладение которыми обещает принципиально новые подходы в создании новой электроники. Квантовые вихри и фазовые переходы, созданные ими, помогут в будущем отказаться от транзисторов.

Международная группа физиков, среди которых руководитель лаборатории «Топологические квантовые явления в сверхпроводящих системах» МФТИ Александр Голубов, представила на страницах журнала Science экспериментальное исследование явления, которое может использоваться для построения принципиально новой электроники.

Это явление — так называемый моттовский переход, превращение диэлектрика в проводник.

Исследователи из Нидерландов, Великобритании, Италии, США и России провели серию экспериментов с моттовскими изоляторами. Согласно зонной теории проводимости, эти материалы должны были быть проводниками электрического тока, однако на практике они оказываются диэлектриками. В общих чертах механизм, объясняющий эту аномалию, физикам известен, однако полной теории моттовских изоляторов пока нет. Как такие материалы превращаются из изоляторов в проводники, тоже до конца не ясно.

В то же время, по предварительным оценкам, такой эффект способен открыть путь к более быстрым компьютерам. Моттовский переход происходит под действием ряда факторов, включающих магнитное поле, за счет которого им можно управлять извне, пропуская или останавливая электрический ток в нужном месте. Такая схема могла бы заменить обычные транзисторы и при этом оказаться быстрее и компактнее:

но для ее реализации нужна теория моттовского перехода.

Такая теория относится к числу фундаментальных концепций, объясняющих электрические свойства вещества. И она имеет непосредственное отношение не только к поведению моттовского изолятора, но также к сверхпроводимости и основам спинтроники, технологии, которая предполагает управление спинами электронов.

Спином частиц физики называют квантовую величину, которая проявляет себя при взаимодействии частицы с магнитным полем. Спин играет фундаментальную роль в квантовой физике, поскольку без его учета невозможно описать ни поведение электронов в атомах, ни феномен намагничивания материалов, ни строение молекул.

Сверхпроводимость со спинтроникой относятся к тем направлениям, где можно ожидать радикальных технологических прорывов,

поэтому понимание природы моттовского перехода важно не только с точки зрения чистой теории.

В новом исследовании физики использовали специальную модель, которая позволяла изучать квантовые процессы в моттовском изоляторе при помощи так называемых магнитных вихрей. В этой модели, предложенной в 1993 году Валерием Винокуром и Дэвидом Нельсоном, внутри сверхпроводящего материала создаются квантовые вихри из электрического тока, и такие вихри сами по себе можно рассматривать как носители заряда.

Причем, что особенно важно, в работе Винокура и Нельсона говорилось о фазовых переходах вещества из одного состояния в другое —

сверхпроводник с магнитными вихрями вел себя то как сверхтекучая жидкость, то как стекло, в котором электрический ток распространяться не может.

Варьируя температуру и магнитное поле, ученые переводили образец из одного состояния в другое, и именно эти наблюдения вкупе с рядом более новых данных были положены в основу нового исследования.

Для нового эксперимента ученые изготовили на кремниевой пластине квадратную матрицу из 300 х 300 ниобиевых «островков» диаметром около 220 нанометров и подвели к ней золотые и ниобиевые контакты. Образец изготовили стандартными методами фотолитографии и затем поместили в криостат, охладив до 1,4 кельвина, ниже температуры перехода ниобия в сверхпроводящее состояние.

Ниобиевые «островки» стали сверхпроводниками, в них сформировались магнитные вихри, и далее исследователи проанализировали поведение системы в различных условиях.

В частности, они измерили сопротивление образца и обнаружили, что эта величина меняется нелинейно с ростом магнитного поля. С теоретической точки зрения полученные результаты означают то, что моттовский переход действительно можно представить как превращение вещества из жидкого состояния в газ, что открывает дополнительные возможности для анализа феномена с позиций термодинамики.

Причем разработанная учеными экспериментальная схема делает дальнейшие эксперименты сравнительно простыми, поскольку для них достаточно стандартных методов фотолитографии и температур, сравнимых с температурой жидкого гелия.

Такие низкие температуры, кстати, уже научились получать без использования дорогого жидкого гелия, и в прошлом году в МФТИ запустили установку в лаборатории Междисциплинарного центра фундаментальных исследований.


Источник: Газета.ру



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 14 сентября 2015 19:44 
Такие низкие температуры, кстати, уже научились получать без использования дорогого жидкого гелия - см. здесь
Палии Наталия Алексеевна, 14 сентября 2015 19:46 
Статья доступна на Arxiv.org (Critical behavior at the dynamic Mott transition /Nicola Poccia, Tatyana I. Baturina, Francesco Coneri, Cor G. Molenaar, X. Renshaw Wang, Ginestra Bianconi, Alexander Brinkman, Hans Hilgenkamp, Alexander A. Golubov, Valerii M. Vinokur)

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Пластиды
Пластиды

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.