Учёные нашли способ управлять электронами без магнитов

Исследователи открыли новый способ управления орбитальным угловым моментом электронов, что может привести к созданию более эффективных электронных устройств. Вместо традиционных магнитных материалов, таких как железо, учёные использовали хиральные фононы — коллективные колебания атомов в материалах со спиральной структурой, например, в кварце.

Это явление позволяет напрямую передавать орбитальный угловой момент электронам, не требуя внешних магнитных полей или источников напряжения. Как объяснил соавтор исследования, физик Дали Сун из Университета штата Северная Каролина, это открывает путь к использованию более дешёвых и распространённых материалов.

Нам не нужен магнит. Нам не нужна батарея. Нам не нужно использовать напряжение. Нам просто нужен материал с хиральными фононами, — добавил соавтор работы, профессор Вали Вардени из Университета Юты.

В эксперименте использовался α-кварц. Применяя магнитное поле, учёные смогли выровнять хиральные фононы, чьё коллективное движение затем передавалось электронам, создавая поток орбитального углового момента. Этот эффект был назван орбитальным эффектом Зеебека.

Для обнаружения эффекта на кварц нанесли слои вольфрама и титана, которые преобразовали скрытое орбитальное движение в измеримый электрический сигнал. Метод применим и к другим хиральным материалам, таким как теллур, селен и гибридные перовскиты.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, проводилось международной группой учёных из нескольких университетов и лабораторий США и Китая. Эта работа закладывает основу для новой области — орбитроники, которая может привести к созданию более быстрых и энергоэффективных вычислительных устройств будущего.