محققان در ایالت پن، روش الکتریکی جدیدی را برای کنترل جهت جریان الکترون در موادی که اثر هال غیرعادی کوانتومی یا همان quantum anomalous Hall (QAH) را نشان می‌دهند، توسعه داده‌اند. اثر QAH به جریان بدون اتلاف الکترون ها در امتداد لبه های مواد اشاره دارد که انتقال اطلاعات کارآمد را بدون اتلاف انرژی ارائه می دهد. با اعمال یک پالس جریان کوتاه پنج میلی ثانیه ای به یک عایق QAH، محققان توانستند مغناطیس داخلی ماده را دستکاری کنند و باعث تغییر جهت الکترون ها شوند. این پیشرفت پتانسیلی برای پیشرفت نسل بعدی دستگاه های الکترونیکی و رایانه های کوانتومی دارد.
به طور سنتی، جهت جریان الکترون در مواد QAH با استفاده از آهنرباهای خارجی تغییر می‌کرد، اما این رویکرد برای دستگاه‌های کوچکی مانند گوشی‌های هوشمند به دلیل حجیم بودن آنها عملی نبود. روش جدید مبتنی بر کنترل الکترونیکی به جای آهنربا، بر این محدودیت غلبه می کند. با بهینه سازی عایق QAH و افزایش چگالی جریان اعمال شده، محققان به چگالی جریان بالایی دست یافتند که امکان تغییر جهت مغناطیسی و مسیر انتقال الکترون را فراهم کرد.
توانایی کنترل جهت جریان الکترون برای فناوری‌های کوانتومی، که در آن داده‌ها می‌توانند به طور همزمان در چندین حالت ذخیره شوند، بسیار مهم است. ذخیره سازی داده های کوانتومی به دستکاری دقیق جریان الکترون برای نوشتن و خواندن این حالات کوانتومی نیاز دارد. روش محققین یک رویکرد الکترونیکی راحت و سریع برای دستیابی به این کنترل ارائه می دهد.
یافته‌ها نه تنها یک نمایش تجربی ارائه می‌کنند، بلکه یک تفسیر نظری از روش‌شناسی را نیز ارائه می‌دهند. تیم تحقیقاتی اکنون در حال بررسی راه‌هایی برای متوقف کردن الکترون‌ها در مسیر خود هستند تا سیستم را روشن و خاموش کند. آنها همچنین در حال کار بر روی نشان دادن اثر QAH در دماهای بالاتر هستند، زیرا کاربردهای فعلی به دمای بسیار پایین نزدیک به صفر مطلق نیاز دارند.
این پیشرفت نشان دهنده تغییر قابل توجهی از کنترل مغناطیسی به کنترل الکترونیکی در مواد کوانتومی است، مشابه تغییر از حافظه مغناطیسی به حافظه الکترونیکی در دستگاه های سنتی. کار محققان به ارتقای درک ما از تعامل بین مغناطیس و حالت‌های توپولوژیکی کمک می‌کند و فرصت‌هایی را برای دستکاری حالت QAH آسان‌تر و فوری‌تر باز می‌کند. هدف نهایی تکرار اثر QAH در دماهایی است که بیشتر برای کاربردهای عملی مرتبط است.
منبع
lectrical Switching of the Edge Current Chirality in Quantum Anomalous 2 Hall Insulators, Nature Materials (2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01694-y. www.nature.com/articles/s41563-023-01694-y
