В 2025 году команда ученых из Нидерландов совершила значительный прорыв в квантовой технологии, разработав ультратонкие устройства, функционирующие без громоздких магнитов и работающие при комнатной температуре. Это открытие открывает новые горизонты для создания компактных, быстрых и энергоэффективных технологий.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, подтвердило существование квантового спинового эффекта Холла (QSH) в графене без необходимости использования внешнего магнитного поля. Этот эффект, связанный с квантово-механическим свойством электронов, известным как спин, позволяет передавать и обрабатывать информацию с использованием спинтронных устройств.
В ходе экспериментов ученые использовали магнитный графен, нанося его слоями с антиферромагнитным материалом CrPS₄. Эта комбинация изменила внутренние свойства графена, что привело к спин-орбитальным и обменным взаимодействиям, критически важным для формирования топологически защищенных краевых состояний. Эти состояния обеспечивают движение электронов вдоль краев материала без сопротивления, при этом их спины выровнены в противоположных направлениях – это и есть квантовый спиновый эффект Холла.
Создание таких устройств ранее сталкивалось со значительными трудностями, поскольку управление спином электронов требовало мощных магнитных полей и чрезвычайно низких температур. Однако новое исследование продемонстрировало, что магнитные свойства могут быть созданы внутренне внутри материала, используя эффект близости с антиферромагнитным CrPS₄. Исследователи также отметили, что способность наблюдать стабильные спиновые состояния даже при комнатной температуре делает технологию более практичной для реальных применений.
Этот прорыв подтверждает теоретические предсказания, сделанные десятилетие назад, указывая на то, что графен при определенных условиях может поддерживать стабильные квантовые спиновые состояния. Один из исследователей подчеркнул, что способность создавать квантовые спиновые кубиты без использования внешних магнитных полей открывает новые возможности для спинтроники и топологической физики.
Квантовый спиновый эффект Холла – это явление, при котором электроны в проводнике испытывают разные потенциалы (напряжение Холла) на противоположных краях при воздействии магнитного поля, перпендикулярного току. Это открытие открывает новые перспективы для спинтронных устройств в будущем.