2015: Новый фундаментальный механизм управления атомами как элементами памяти

Совместные исследования физиков МГУ и Института физики микроструктур им. М. Планка (Германия) привели к разработке нового метода управления динамикой и отбором финитных состояний спина атома, расположенного на металлической поверхности.

Элементы памяти и логические схемы, сформированные из отдельных атомов – идея, давно вдохновлявшая умы не только футурологов, но и ученых, инженеров, технологов. К сожалению, оборотной стороной поистине фантастических свойств и характеристик, ожидаемых у подобных устройств, является их высокая чувствительность к малейшим флуктуациям параметров внешней среды, что делает их динамику трудно прогнозируемой. Поэтому поиск механизмов управления системами подобного рода, корректных с позиции фундаментальных законов микромира и при этом реализуемых в рамках существующих технологий, входит в группу наиболее актуальных задач современной науки.

Применение магнитного поля - основного инструмента манипулирования магнитными свойствами материалов, хорошо себя зарекомендовавшего у технологов, в данных системах является неудобным и малоэффективным в силу его нелокальности на атомарном масштабе. Данного недостатка лишено электрическое поле, степень локализации которого может быть весьма высока, например, при использовании сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Электрическое поле иглы СТМ способно привести к локальному изменению некоторых физических свойств системы «атом-подложка», в частности, поля кристаллической анизотропии, а также вероятности туннелирования атома. В этом случае влияние магнитного поля на атомы системы будет различным, в зависимости от того находятся они под воздействием электрического поля или нет.

Таким образом, совместное воздействие магнитного и электрического полей, можно использовать для избирательного переключения между финитными спиновыми состояниями отдельных атомов, что в свою очередь способно открыть новые горизонты в области разработки методик записи информации в системах атомарного масштаба.

Результаты исследований опубликованы в статье: Oleg P. Polyakov and Valeri S. Stepanyuk, “Tuning an atomic switch on a surface with electric and magnetic fields,” J. of Phys. Chem. Lett. 6, 3698–3701 (2015).