Разработчики почти вплотную подошли к границе возможностей классических техпроцессов, когда производительность определяется двумя ключевыми характеристиками транзисторов — скоростью переключения и допустимыми токами. С другой стороны всё упёрлось в ограничения по потреблению и тепловыделению, и всё вместе заставляет искать альтернативы транзисторам. Одной из таких альтернатив является спинтроника, когда в ход идут энергетически слабые квантовые явления.
Иллюстрация перехода между двумя состояниями. Источник изображения: Aleshin et al. / Angew. Chem. Int. Ed., 2021
Учёные давно экспериментируют с передачей момента импульса элементарных частиц или спина. Это неотъемлемая квантовая характеристика частиц, которая также выражается в её намагниченности. Чтобы изменить спиновое состояние электрона и его магнитный момент требуется очень и очень мало энергии — кратно меньше, чем для течения тока и переключения состояний транзистора. Задача учёных найти подходящие магнитные материалы для построения молекулярных цепочек, у которых логический сигнал менял бы магнитные состояния у всех молекул в цепи, взамен тока электронов.
Как сообщает журнал «За науку», ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход между спиновыми состояниями электронов у соединения железа. Статья о работе опубликована в журнале Angewandte Chemie.
Учёные исследовали поведение молекулярной системы с двумя ионами двухвалентного железа, каждый из которых мог существовать в двух состояниях: высокоспиновом (ВС) и низкоспиновом (НС). Два состояния из четырёх оказались симметричны друг другу — ВС-НС и НС-ВС, что означает возможность переключения из одного в другое. Фактически это условные 0 и 1, что необходимо как для организации вычислений, так и для устройств хранения (записи) данных. Проблемой было зарегистрировать переход из одного состояния в другое, чтобы подтвердить возможность коммутации. Скорость переключения была слишком высока для регистрации явления.
Зафиксировать явление удалось с помощью метода ядерного магнитного резонанса, при котором регистрируется взаимодействие ядерных магнитных моментов с магнитным полем, магнитными моментами неспаренных электронов и ядерных магнитных моментов с магнитными моментами электронов. В этой работе удалось впервые зарегистрировать переход между ВС-НС и НС-ВС состояниями, что открывает возможность к экспериментам с логическими цепочками и позволяет рассчитывать на движение в сторону спиновой электроники. Добавим, чуть больше подробностей можно найти по этой ссылке.