Новости

Ученые наделили графен свойствами «магнитного золота»

Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета совместно с коллегами из Томского государственного университета, а также немецкими и испанскими учеными впервые в мире модифицировали графен и наделили его свойствами кобальта и золота — магнетизмом и спин-орбитальным взаимодействием. Разработка поможет усовершенствовать квантовые компьютеры. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Американского химического сообщества Nano Letters.

Графен — самый легкий и прочный из всех существующих сегодня материалов, который к тому же обладает высокой электропроводностью. При взаимодействии с кобальтом и золотом графен не только сохраняет свои уникальные характеристики, но и частично перенимает свойства этих металлов — магнетизм и спин-орбитальное взаимодействие. Уникальную модификацию графена с новыми фундаментальными свойствами впервые реализовали исследователи из лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем СПбГУ под руководством доктора физико-математических наук Евгения Чулкова и из лаборатории физической электроники СПбГУ под руководством доктора физико-математических наук Александра Шикина.

«Классически спин электрона можно представить как "магнит", возникающий вследствие вращения электрона вокруг своей оси, — объяснил Александр Шикин. — При этом электрон вращается еще и вокруг ядра, что создает круговой ток, а значит, и магнитное поле. Таким образом, между этим "магнитом" и магнитным полем происходит взаимодействие, которое называется спин-орбитальным. Собственное спин-орбитальное взаимодействие графена пренебрежимо мало, а у золота оно крайне велико, поэтому взаимодействие золота с графеном приводит к появлению спин-орбитального взаимодействия у последнего, равно как и взаимодействие кобальта с графеном намагничивает его».

Как отметил первый автор статьи, директор ресурсного центра «Физические методы исследования поверхности» Научного парка СПбГУ кандидат физико-математических наук Артем Рыбкин, исследования и подготовка статьи продолжались около трех лет. Ученые синтезировали качественно новую систему, состоящую из строго упорядоченного графена на магнитной подложке кобальта с ультратонким слоем атомов золота между ними, а затем в деталях изучили новые свойства данной системы.

«Основная часть экспериментальных работ проводилась на уникальной научной установке "Нанолаб", — отметил Артем Рыбкин. — Таким образом, мы подтвердили, что на нашем оборудовании можно провести все стадии исследования — от синтеза системы до проверки ее характеристик. После выхода статьи работа не остановится: мы планируем продолжить исследования графена для использования его в спинтронике — разделе квантовой электроники, основанном на использовании не только заряда электрона, но и другой его характеристики — спина».

Руководитель проекта «Спинтроника» Российского квантового центра Анатолий Звездин высоко оценил исследование университетских ученых: «Сейчас во всем мире идут активные фундаментальные и прикладные исследования в новой области наноэлектроники, которая получила название спин-орбитроника. Предлагаются новые элементы памяти, логические элементы, нейроморфные устройства, в которых управление осуществляется так называемыми чистыми спиновыми токами, то есть токами, в которых поток спинов через элемент не сопровождается переносом электрического заряда. В этом контексте достижение ученых из СПбГУ трудно переоценить — оно открывает реальные перспективы использования уникальных свойств графена в спин-орбитронных устройствах нового поколения, что позволит радикально повысить энергоэффективность и быстродействие элементной базы».

По словам Артема Рыбкина, одной из областей применения полученного магнитно-спин-орбитального графена может стать квантовый компьютер. Сейчас элементы информации (кубиты) для квантовых вычислений делают в основном на холодных атомах или сверхпроводящих переходах. Основной проблемой прототипов квантовых компьютеров остается скорость: кубиты не успевают сделать нужное количество операций и сохранить результат вычислений из-за взаимодействия с внешней средой. Одним из решений этой проблемы может стать изготовление кубитов на новых «квантовых» материалах — например, на основе магнитно-спин-орбитального графена.

Помимо ученых из Петербургского и Томского государственных университетов, в исследовании приняли участие зарубежные специалисты-теоретики из Института Макса Планка (Германия) и Университета Страны Басков (Испания).

Читайте также
НАСА нашло на Луне воду из российского исследования
НАСА нашло на Луне воду из российского исследования
10 лет назад российский ученый заявил, что на Луне есть вода. НАСА подтвердило.
С вероятностью 50% наш мир — симуляция
С вероятностью 50% наш мир — симуляция
Нас могли выдумать, чтобы посмотреть, как это работает.
Испытатель российской вакцины заразился коронавирусом. Препарат не работает?
Испытатель российской вакцины заразился коронавирусом. Препарат не работает?
Большинство считает, что вакцина обязана предотвращать заражение. Но это не так.