Физики нашли способ записать два бита в одном атоме
04.09.2020 7 015 0 +236 cemero4kaa

Физики нашли способ записать два бита в одном атоме

---
+236
В закладки
Физики нашли способ записать два бита в одном атоме атома, железа, Rejali, момент, системы, информации, Quantum, атомов, состояния, независимо, сканирующего, друга, моментом, орбитальным, можно, которой, одного, систему, орбитальный, спиновых

Атом железа на подложке, в котором удалось изменить орбитальное и спиновое состояния независимо друг от друга

Rasa Rejali et al. / npj Quantum Materials, 2020

Ученым удалось создать систему из одного атома железа на подложке,

в которой можно управлять орбитальным моментом атома и возбуждением его спиновых

состояний независимо друг от друга. Для управления

системой исследователи использовали иголку сканирующего туннельного микроскопа,

при взаимодействии которой с атомом происходил переворот его орбитального

момента без возбуждения спиновых состояний. В таких условиях у атома оказалось две степени свободы, связанных с магнитным полем, что в будущем

может быть использовано для создания особо емких систем хранения информации с

плотностью записи два бита на один атом. Статья опубликована в

журнале npj Quantum Materials.

Уменьшение размера одного бита до

масштабов атома позволило бы умещать огромные массивы данных в крайне небольших

носителя. Потенциально такие системы можно создать с использованием управляемых магнитным полем спинов отдельных атомов S — векторных сумм собственных моментов

импульса элементарных частиц, входящих в их состав. В качестве бита в таких

системах выбирают именно спиновые состояния, потому что орбитальный момент каждого атома L (его момент импульса как

целого) в реальных образцах подавляется из-за совокупности спин-орбитального

взаимодействия и кристаллического

поля.

Но даже в случае, когда L атома в

такой системе не равен нулю, спин-орбитальное взаимодействие приводит к связи L и S в суперпозицию,

в которой сохраняется лишь полный момент импульса системы L + S, а независимые возбуждения L и

S невозможны. Для хранения информации в орбитальном состоянии атома, в свою очередь, нужно

уметь сохранять L и иметь возможность управлять им, не влияя на спиновые

состояния. Тогда спиновое и орбитальное состояния могут играть роль нулей

и единиц, а сам атом мог бы выступать в качестве носителя информации в размере двух

бит, каждый из которых соответствует одной степени свободы системы (по одному

биту на спин и орбитальный момент).

Именно такую систему из одного атома, в котором можно

независимо друг от друга возбуждать спиновые и орбитальные состояния, удалось

создать Расу Реджали (Rasa Rejali) из Делфтского технического университета. Для

этого физик с коллегами поместили одиночный атом железа над магнитно-нейтральным

атомом азота в составе подложки из Cu2N, тем самым получив систему с

практически свободными орбитальным моментом и спином. Изучать атом и манипулировать им физикам позволяла игла сканирующего электронного микроскопа.

Физики нашли способ записать два бита в одном атоме атома, железа, Rejali, момент, системы, информации, Quantum, атомов, состояния, независимо, сканирующего, друга, моментом, орбитальным, можно, которой, одного, систему, орбитальный, спиновых

Томография атомов железа на подложке. Более низкие пики соответствуют железу, расположенному над атомами меди, более высокие — над атомами азота.

Rasa Rejali et al. / npj Quantum Materials, 2020

Орбитальное состояние одиночного атома железа также

изменялось с помощью сканирующего туннельного микроскопа в процессе, похожим на

эффект

Эйнштейна — де Хааза: орбитальный момент переворачивался при неупругом туннелировании

электрона между атомом и иглой устройства. Необходимое для наблюдения эффекта положение

атомов в пространстве ученые вычислили с помощью теории

функциональной плотности. Анализируя спектр дифференциальной проводимости

системы во внешнем магнитном поле, физики показали, что в атоме независимо друг

от друга происходили изменение орбитального момента атома ΔLz = 4 и ΔSz

= 1.

Физики нашли способ записать два бита в одном атоме атома, железа, Rejali, момент, системы, информации, Quantum, атомов, состояния, независимо, сканирующего, друга, моментом, орбитальным, можно, которой, одного, систему, орбитальный, спиновых

(a) – cмоделированное расщепление энергетических уровней атома в магнитном поле, (b) – наблюдаемый спектр дифференциальной проводимости системы и соответствующие переходы спина и орбитального момента, (c, d) – схематичное изображение наблюдаемых переходов.

Rasa Rejali et al. / npj Quantum Materials, 2020

Авторы отмечают, что предложенный ими способ независимого изменения

орбитальных и спиновых состояний одиночного атома еще далек от практической

реализации. Тем не менее схожесть природы спиновых и орбитальных состояний

дает надежду на то, что в будущем орбитальным моментом атомов можно будет

управлять так же просто, как сейчас — спинами. В этом случае вполне реальными

могут стать носители информации, в которых каждый атом будет выступать в роли не

одного, а двух битов, что еще сильнее увеличит потенциально максимальную

плотность записи данных.

Ранее мы уже рассказывали о том, как физики научились

записывать информацию с плотностью в один бит на несколько атомов хлора. Позже исследователи

улучшили

этот показатель до максимального (как тогда казалось) значения в один бит на

один атом.

Никита Козырев
уникальные шаблоны и модули для dle
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Прокомментировать
[related-news]
{related-news}
[/related-news]