Учёные создали более 20 новых магнитных полупроводников для квантовых компьютеров

Диаграмма показывает слои молекул полупроводника (зелёный и жёлтый) и атомов кобальта (красный), созданные по методу UCLA, а также изображение нового материала под электронным микроскопом. Автор: California NanoSystems Institute at UCLA

Исследователи из Калифорнийского наносистемного института при UCLA разработали революционный метод объединения магнитных элементов с полупроводниками — ключевыми материалами для компьютеров и электронных устройств.

Учёные смогли создать полупроводниковые материалы, содержащие до 50% магнитных атомов, тогда как существующие технологии обычно ограничены 5% концентрацией. Используя новый подход, команда синтезировала более 20 новых материалов, сочетающих кобальт, марганец и железо с различными полупроводниками.

Метод также позволил внедрить магнитные элементы в сверхпроводники (материалы с нулевым сопротивлением) и топологические изоляторы (вещества, изолирующие внутри, но проводящие на поверхности). Тесты подтвердили, что новые материалы сохраняют уникальные свойства при появлении магнитных характеристик. Исследование опубликовано в журнале Nature.

«Попытки интегрировать магнетизм в полупроводники ведутся десятилетиями, но до сих пор успехи были скромными», — отмечают авторы работы. Традиционные методы подразумевают замену лишь небольшой доли атомов, поскольку при концентрации выше 5% магнитные атомы начинают слипаться, нарушая контроль над свойствами материала.

Магнитные полупроводники могут стать основой для спинтроники — технологий, использующих спин электронов вместо их заряда. В отличие от обычной электроники, спинтронные компоненты не выделяют избыточного тепла, что открывает путь к созданию более мощных, компактных и энергоэффективных устройств.

Новые материалы также перспективны для квантовых компьютеров, способных решать недоступные классическим системам задачи. Особенно важно, что они могут работать при более высоких температурах по сравнению с современными квантовыми системами, требующими экстремального охлаждения.

Технология UCLA основана на послойном чередовании полупроводниковых и самоорганизующихся магнитных атомов. Такой подход сохраняет свойства каждого компонента, создавая новые коллективные поведения.

ИИ: Это исследование может стать прорывом не только для квантовых вычислений, но и для ИИ-систем, чьё энергопотребление сегодня вызывает серьёзную озабоченность. В перспективе спинтроника способна радикально снизить «углеродный след» технологий.

Дополнительная информация: Jingxuan Zhou et al, A cation-exchange approach to tunable magnetic intercalation superlattices, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09147-z