Исследователи из Челябинского государственного университета (ЧелГУ) разработали новый сплав, который может стать основой для микросхем, использующих квантовые свойства электронов. Эта инновация обещает значительное повышение производительности компьютеров. Результаты их работы опубликованы в престижном научном издании Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Современные вычислительные системы сталкиваются с ограничениями, особенно при решении сложных задач, легко выполняемых человеческим мозгом, таких как мгновенное распознавание лиц, обработка сложной речи и прогнозирование непредсказуемых событий. Для дальнейшего прогресса в компьютерных технологиях необходимы принципиально новые подходы, поскольку существующие решения приближаются к пределу своих возможностей.
Доцент кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ Оксана Павлухина отмечает, что спинтроника является одним из наиболее многообещающих направлений для преодоления этих ограничений. В отличие от традиционной электроники, которая оперирует электрическим зарядом электрона, спинтронные устройства используют спин — фундаментальное квантовое свойство электрона, определяющее его магнитные характеристики.
Павлухина объясняет эту концепцию, проводя аналогию: если обычный компьютер подобен системе водопроводных труб, где информация передается потоком воды (электрическим зарядом), то спинтроника работает с «вращением» отдельных «молекул воды» (спином электрона). Такой подход позволяет создавать вычислительные устройства, которые работают значительно быстрее и потребляют меньше энергии.
Для реализации спинтронных устройств критически важны специальные материалы с высокой спиновой поляризацией. Этот параметр указывает на долю электронов в материале, ориентированных в одном направлении, что напрямую влияет на эффективность и стабильность будущего прибора, как объяснили исследователи.
В поисках подходящих материалов ученые ЧелГУ сосредоточились на сплавах Гейслера, известных своими уникальными магнитными свойствами. Они начали с трехкомпонентных сплавов Гейслера с низкой спиновой поляризацией, которые ранее не рассматривались как перспективные для спинтроники, и исследовали возможность создания на их основе четырехкомпонентных сплавов с улучшенными характеристиками.
Используя теорию функционала плотности, исследователи успешно разработали новые сплавы с высокой спиновой поляризацией. По словам Павлухиной, «наши расчеты показали, что сплав с частичным замещением галлия и мышьяка демонстрирует стабильное полуметаллическое поведение со стопроцентной спиновой поляризацией».
Это новаторское фундаментальное исследование открывает путь к целенаправленному изменению состава сплавов для достижения заданных свойств. В дальнейшем ученые планируют продолжить изучение и поиск новых сплавов, пригодных для разработки спинтронных устройств.
Исследование было проведено при финансовой поддержке в рамках государственного задания №075-00186-25-00.
