„Светият граал“, който ще направи компютрите по-бързи и по-издръжливи

Учени твърдят, че са открили „светия граал“ на квантовата механика, който може да ускори внедряването на следващото поколение сензори, прекъсвачи и компютри. Постижението се основава на т.н. топологичен аксионен изолатор – уникално състояние на квантовата материя, което доскоро бе коментирано на теория, а сега, изглежда, е все по-близо до въвеждане в практическа експлоатация.

Топологичният изолатор може да се счита за нов вид материал, за който е характерно, че действа както като проводник, така и като изолатор едновременно. Учени от Североизточния университет са постигнали специфичното състояние чрез комбинирането на определени метали и наблюдения на техния магнитоелектричен отговор. За целта са създали, атом по атом, малка двуизмерна кристална структура, съставена от манганов бисмутов телурид в твърд чип. По повърхността на изолатора електроните текат плавно, докато във вътрешността стоят неподвижно. Така отвън е като метален проводник, а отвътре като керамичен изолатор.

Изследователите отбелязват, че подобна констатация дава отражение върху редица технологии, тъй като съхранението, транспортирането и манипулирането на магнитни данни могат да станат много по-бързи, по-здрави и по-енергийно ефективни. Топологичните изолатори могат да се използват в квантовите компютри като носители на информация, стига учените да успеят да ги интегрират в устройствата.

„Това е като откриването на нов елемент“, коментира физикът Арун Бансил, който ръководи екип от изследователи от Североизточния университет, работещи по откритието. Данните от последния им труд бяха публикувани наскоро в авторитетното издание Nature. „И ние знаем, че ще има всякакви интересни приложения за това.“

Бансил обяснява, че топологичният аксионен изолатор се характеризира с чудодейна способност. Тя му позволява да има много здрави метални или проводящи електрони на повърхността си, въпреки че по-голямата част материалът е изолационен.

Това беше предсказано само теоретично – сега беше реализирано експериментално."

Нововъзникващият клас електронни устройства – спинтроника – се очаква да разчита тъкмо на манипулацията на квантовата структура чрез т.н. спин на електроните. Спинът описва фундаментално свойство на тези частици – дали са в състояние „нагоре“ или „надолу“. А именно начинът, по който електроните се въртят, влияе на посоката на магнитното поле при твърдите тела. 

Докато традиционната електроника зависи от батерии, които съхраняват енергия в резултат на химическа реакция, спинтроник устройствата ще могат да използват магнитната енергия от специални видове материали – като мангановия бисмутов телуриден чип, послужил в сегашното изследване. И в крайна сметка да могат, без химическата реакция, да използват магнитна енергия и да са в пъти по-ефективни.

„Кандидат материал“ за бъдещи технологии, изтъква Бансил.

Спин батерии от този вид все още се разработват, но учените смятат, че топологичните изолатори могат да се окажат ключът към внедряването им, отбелязва още той. Спинтрониката може да реши редица проблеми с днешната електроника, включително с консумацията на енергия и оперативната скорост в компютрите и други устройства, които разчитат на зареждане, казва още физикът. Според него няма съмнение, че следващото поколение електроника ще трябва да се има ниска консумация на енергия. 

„Когато откриете нови материали като този, това разширява възможностите. Тези по-нови видове материали могат да помогнат за въвеждането на изцяло нови технологии.“