У 2025 році команда вчених з Нідерландів досягла значного прориву в квантових технологіях, розробивши надтонкі пристрої, які функціонують без громіздких магнітів і працюють при кімнатній температурі. Це відкриття відкриває нові горизонти для створення компактних, швидких та енергоефективних технологій.
Дослідження, опубліковане в Nature Communications, підтвердило існування ефекту квантового спінового Холла (QSH) в графені без необхідності зовнішнього магнітного поля. Цей ефект, пов'язаний з квантово-механічною властивістю електронів, відомою як спін, дозволяє передавати та обробляти інформацію за допомогою спінтронічних пристроїв.
Під час експериментів вчені використовували магнітний графен, нашаровуючи його з антиферомагнітним матеріалом CrPS₄. Ця комбінація змінила внутрішні властивості графену, що призвело до спін-орбітальних та обмінних взаємодій, критичних для формування топологічно захищених крайових станів. Ці стани забезпечують рух електронів вздовж країв матеріалу без опору, з їхніми спінами, вирівняними в протилежних напрямках – це і є ефект квантового спінового Холла.
Створення таких пристроїв раніше стикалося зі значними викликами, оскільки керування спіном електронів вимагало потужних магнітних полів та надзвичайно низьких температур. Однак нове дослідження продемонструвало, що магнітні властивості можуть бути створені внутрішньо в матеріалі, використовуючи ефект близькості з антиферомагнітним CrPS₄. Дослідники також відзначили, що здатність спостерігати стабільні спінові стани навіть при кімнатній температурі робить технологію більш практичною для реальних застосувань.
Цей прорив підтверджує теоретичні передбачення, зроблені десятиліття тому, вказуючи на те, що графен, за певних умов, може підтримувати стабільні квантові спінові стани. Один з дослідників підкреслив, що здатність створювати квантові спінові кубіти без використання зовнішніх магнітних полів відкриває нові можливості для спінтроніки та топологічної фізики.
Ефект квантового спінового Холла – це явище, коли електрони в провіднику відчувають різні потенціали (напруга Холла) на протилежних краях при впливі магнітного поля, перпендикулярного до струму. Це відкриття відкриває нові перспективи для спінтронічних пристроїв у майбутньому.