Японські дослідники вперше керують електрично квантовим станом у магнітному матеріалі
Дослідники з університету Тохо в Японії вперше керують електрично унікальним квантовим станом, що відкриває шлях до створення високошвидкісної електроніки.
Дослідники з університету Тохо та Японського агентства атомної енергії (JAEA) вперше проконтролювали унікальне квантове явище, квантово-геометричний нелінійний Холловський (QgNLH) стан, за допомогою електричного струму. Це досягнення було реалізовано шляхом виявлення зв'язку між спіновою структурою та станом QgNLH у електрично перемиканому хиральному антиферромагнеті Mn3Sn. Результати, опубліковані в журналі Newton 4 листопада 2026 року, пропонують підхід до створення пристроїв, що використовують квантово-геометричні ефекти для нелінійного оброблення сигналів.
У звичайних провідниках напруга та струм пропорційні, згідно з законом Ома. Однак у деяких матеріалах ці лінійні закони порушуються. Квантова геометрія, яка описує геометричну структуру електронних квантових станів, визначає такого незвичайного відгуку на напругу та струм. Для практичного використання в електронних пристроях важливо не лише спостерігати цей відгук, а й керувати ним за допомогою електричного струму.
Команда використала підхід спінотроніки для електричного керування магнітним порядком та пов'язаним станом QgNLH. Коли електричний струм тече в шарі важкого металу, що межує з Mn3Sn, виникає спіно-орбітальний крутний момент. Цей момент впливає на спінову структуру Mn3Sn і може її перемикати. Експериментально дослідники змінили знак третьопорядкового нелінійного Холловського відгуку, застосовуючи імпульси струму з протилежними полярностями, і так показали, що станом QgNLH керує струм.
Томохіро Учімура, головний автор статті, зазначив: «За потреби ми можемо електрично керувати станом QgNLH за різних зовнішніх умов». Цей підхід дозволяє розглядати квантову геометрію не як фіксова властивість матеріалу, а як об'єкт, який можна активно маніпулювати. Методика може допомогти створити пристрої, що регулюються електричним струмом, такі як реквіфікери та мультиплексори частот, використовуючи переваги енергоефективності та швидкості, властиві пам'яті MRAM.
Джерела
- Phys.org: Electrical control of an unconventional quantum transport state demonstrated in a magnet for the first time
Фото: Jeff Burkholder, Pexels (Pexels License)