Ключевая идея связана с новым подходом в орбитронике — перспективном направлении, где для передачи и хранения информации используют орбитальный угловой момент электронов. Раньше для этого требовались магнитные материалы вроде железа — тяжелые, дорогие и плохо подходящие для массового применения.
Решение подсказало новое направление физики — изучение хиральных фононов — коллективных колебаний атомов в кристаллах с хиральной (спиральной) структурой, которые распространяются в виде волн и обладают угловым моментом, способным передаваться электронам. Например, в кварце атомы расположены по спирали, а их колебания тоже приобретают спиральную форму.
Исследователи впервые показали, что хиральные фононы могут напрямую передавать орбитальный угловой момент электронам — и все это в немагнитном материале. Чтобы подтвердить гипотезу, команда использовала α‑кварц — кристалл с естественной хиральной структурой. С помощью магнитного поля ученые выровняли хиральные фононы, и когда их количество достигло нужного уровня, движение передалось электронам. Эффект сохранялся даже после отключения внешнего магнитного поля.
Этот процесс назвали орбитальным эффектом Зеебека — по аналогии со спиновым эффектом Зеебека. Для его обнаружения ученые поместили слои металлов (вольфрама и титана) поверх α‑кварца: конструкция преобразовала орбитальное движение в измеримый электрический сигнал.
Нам не нужен магнит. Нам не нужна батарейка. Нам не нужно напряжение. Нам нужен только материал с хиральным фононом
Открытие дает шанс на появление электронных устройств нового поколения — более быстрых и экономичных в плане энергопотребления. Метод можно применить не только к кварцу, но и другим хиральным материалам, например, теллуру, селену и гибридным перовскитам. Это делает орбитронику реалистичным кандидатом для будущих технологий.
Ранее Наука Mail рассказала, что новый кристалл может обеспечить навигацию без GPS.
