En ny måde at forbedre hukommelsesenhedernes kapacitet på

En undersøgelse fra Tomsk Polytechnic University afslører, hvordan topologiske hvirvler fundet i lavdimensionelle materialer kan både forskydes og slettes og genoprettes igen af ​​det elektriske felt i nanopartikler. Dette kan åbne spændende muligheder for hukommelsesenheder eller kvantecomputere, hvor information vil blive krypteret i egenskaberne ved topologiske hvirvler.

Forskere fra TPU og internationale samarbejdspartnere har opdaget usædvanlig selvorganisering af atomer i mængden af ​​nanopartikler og har lært at kontrollere det via et elektrisk felt. Sådanne kontrollerede nanopartikler kan bruges til at generere rummelig ikke-flygtig random access memory (NRAM), kvantecomputere og anden næste generations elektronik.

Hovedforfatteren er Dmitriy Karpov, ingeniør ved Institut for Almindelig Fysik, TPU, hvem forklarer, at i moderne materialevidenskab, materiens defekter er opdelt i to store grupper. Den første gruppe omfatter klassisk, velstuderede defekter, når atomer i materie er mekanisk forstyrrede, dvs. atomer fjernes enten eller indsættes i gitteret. I den anden gruppe, selve gitterets rumlige organisation ændres, og sådanne defekter kaldes topologiske.

Topologiske defekter kan stærkt påvirke sagen, gør det overflødigt eller superledende, og derfor, det er meget vigtigt at studere dem. Topologiske defekter findes kun i lavdimensionelle materialer-todimensionale nanoroder og nanofilmer (kun flere atomer tykke) og endimensionelle nanodotter eller nanopartikler, som er sfæriske partikler, der består af flere titalls eller hundredvis af identiske atomer.

"En af de vigtige topologiske defekter er en topologisk hvirvel, der ligner en synlig vridning forårsaget af en lille forskydning af alle atomer. Hvirvelkernen er en nanostrand, som begge kan forskydes af feltet, og slettet og gendannet igen inden for nanopartikler, "forklarer Edwin Fohtung, Professor ved Los Alamos National Laboratory og New Mexico State University.

Forskerne undersøgte bariumtitanat-nanopartikler, hvis indre struktur blev visualiseret ved hjælp af penetrerende røntgenstråling fra synchrotron Advanced Photon Source (Chicago, USA). De opnåede et billede af mængden af ​​nanopartikler med en opløsning på 18 nanometer, hvilket gjorde dem i stand til at analysere de mindste ændringer i strukturen. Som resultat, forskerne viste, at et eksternt elektrisk felt kan fortrænge kernen af ​​den topologiske hvirvel inde i nanopartiklen, og når feltet er fjernet, den vender tilbage til sin oprindelige position.

Moderne komponenter i elektronik bliver gradvist mindre. Dette kan påvirke enhedernes effektivitet betydeligt, som vil blive reduceret betydeligt på grund af kvanteeffekter. En måde at omgå disse begrænsninger er at bruge topologiske hvirvler. Dermed, de kan bruges til at generere højdensitets NRAM- eller kvantecomputere, hvor information vil blive krypteret i egenskaberne ved topologiske hvirvler.

"Alt i alt, muligheden for at kontrollere og justere topologiske hvirvler i nanopartikler er vigtig for skabelsen af ​​ny elektronik, "slutter Dmitriy Karpov.