Yeni Süper İletken Teknoloji, Verileri Birler ve Sıfırların Ötesine Taşıyor

Elektron dönüşünden yararlanmak, veri kodlamaya yeni bir boyut katar.

Çevirmeli telefonları hatırlıyor musunuz? Akıllı telefonlarımız, elektronik cihazlarımızın sinyal gönderme ve alma biçiminde devrim yaratmayı vaat eden yeni bir araştırma alanı olan spintronics sayesinde bir gün eskimiş görünebilir.

Güncel teknolojilerin çoğunda, bir kapasitöre ulaşan elektron sayısına bağlı olarak veriler sıfır veya bir olarak kodlanır. Spintronics ile veriler de bu elektronların döndüğü yöne göre aktarılır.

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabında bu hafta ortaya çıkan yeni bir çalışmada, Duke Üniversitesi Kimya profesörü Michael Therien liderliğindeki Duke Üniversitesi ve Weizmann Enstitüsü araştırmacılarından oluşan bir ekip, bu alanda önemli bir başarıyı rapor ediyor: bir iletkenin geliştirilmesi. Tipik spin iletkenlerinin gerektirdiği ultra soğuk sıcaklıklara ihtiyaç duymadan, elektronların dönüşünü kontrol eden ve uzun mesafelerde bir dönüş akımı ileten sistem.

Makalenin ilk yazarı ve yakın zamanda Duke kimyası Ph.D. olan Chih-Hung Ko, “Burada sunduğumuz yapılar heyecan verici çünkü oda sıcaklığında büyük büyüklükteki dönüş akımları üretmek için yeni stratejiler tanımlıyorlar” dedi.

Elektronlar dönen toplar gibidir. Spin-up elektronları saat yönünde döner ve spin-down elektronları saat yönünün tersine döner. Zıt dönüşlü elektronlar aynı hacmi işgal edebilir, ancak aynı yönde dönen elektronlar, aynı polariteye sahip mıknatıslar gibi kendilerini iterler.

Bilim adamları, elektronların bir akım boyunca dönme şeklini kontrol ederek yeni bir bilgi katmanını bir elektrik sinyaline kodlayabilirler.

Kondansatörleri ikili bir şekilde basitçe açıp kapatmak yerine, spintronik cihazlar elektronun dönüşüne göre sinyaller gönderebilir, burada spin up, spin-down’dan farklı bir anlama gelebilir.

Duke’te kimya ve fizik profesörü ve makalenin yazarlarından David Beratan, “Dönüş yukarı veya aşağı olabileceğinden, bu geleneksel elektronik cihazlarda hasat edilmeyen bir ikili bilgi parçasıdır” dedi.

Sıradan cihaz akımları, eşit sayıda spin-up ve spin-down elektronlarından oluşur. Oda sıcaklığında, büyük ölçüde tek bir dönüşten oluşan bir akım oluşturmak zordur. Döndürmeler dönüyor, birbiri üzerine çöküyor, hattan çıkıyor ve kötü bir telefon oyunu gibi sinyali deforme ediyor.

Şimdi, Therien ve ekibi, elektronları aynı hizada tutan, hepsinin uyum içinde dönmesini ve dönüş yönünü uzun mesafeler boyunca yaymasını sağlayan, sinyallerin yüksek doğrulukla iletilmesine izin veren moleküler iletkenler oluşturmak için bir strateji geliştirdiler. oda sıcaklığı.

Beratan, “Her şey bu spin kutuplaşmasının kalıcılığıyla ilgili” dedi. “Bu dönüşler itişip kakışıyor, çevredeki moleküllerle, yakınlarda olabilecek her şeyle etkileşime giriyorlar ve bu onları ters çevirebilir. Burada spin yönelimleri uzun süreler ve uzun mesafeler boyunca devam eder. Sırada kalırlar.”

Yanlış yönde dönen elektronlar, kiral moleküller adı verilen özel bir molekül sınıfı kullanılarak bir sistemden filtrelenebilir.

Kiral moleküller, el becerisi ile ayırt edilen moleküllerdir. Sağ ve sol ellerimiz gibi bu moleküller de birbirinin ayna görüntüsüdür. Solak veya sağlak olabilirler ve el kullanımları elektron dönüşleri için bir filtre görevi görür. Doğru yönde yürümeyi bırakırsanız koşu bandından fırlayacağınız gibi, molekülün elinin tersi yönde dönen elektronlar filtrelenir.

Therien ve ekibi daha önce moleküler teller adı verilen yapılar geliştirmişti – elektrik yüklerini çok kolay bir şekilde yayan, tel benzeri bir şekilde birbirine zincirlenmiş moleküller. Bu yeni çalışmada ekip, bu moleküler telleri manipüle etti ve kiral elementler ekleyerek, tüm elektronları aynı şekilde döndürmeye zorlayarak yalnızca yükü çok düşük dirençte iletmekle kalmayıp aynı dönüşteki yükleri ileten bir sistem elde etti.

Therien, “Aynı moleküler telde ilk kez yük yayma ve spin polarizasyon fonksiyonlarını entegre ettik” dedi.

Laboratuvarı Therien’in moleküllerine dayalı cihazlar inşa eden Weizmann Enstitüsü’nde profesör olan Ron Naaman, bu sistemler tarafından sağlanan spin seçici taşımanın, bilgiyi kodlamak ve iletmek için muazzam bir potansiyel sunduğunu söyledi.

Bu moleküler tellerin oda sıcaklığında spinleri iletmeleri, onları yeni teknolojilerin geliştirilmesi için umut verici kılıyor.

Therien, “Spin’i oda sıcaklığında uzun mesafelerde faz kaybı olmadan seçici olarak iletmek, daha geniş bir cihaz yelpazesi için fırsatlar açar ve kuantum bilgi bilimi için önemli olabilir” dedi.

Beratan, “Bilgisayarınızı sıvı nitrojenle soğutmak pek pratik olmaz,” dedi. “Oda sıcaklığında döndürmeleri etkili bir şekilde işleyebilirsek, pratik uygulamalarında gerçekten bir atılım olur.”

Referans: Chih-Hung Ko, Qirong Zhu, Francesco Tassinari, George Bullard, Peng Zhang, David N. Beratan, Ron Naaman ve Michael J. Therien, 1 Şubat 2022, Proceedings of Ulusal Bilimler Akademisi .