Niderlandın Delft Texnologiya Universitetindən alimlər ilk dəfə qrafen üzərində xarici maqnit sahələri olmadan kvant spin cərəyanlarını müşahidə ediblər. Bu cərəyanlar, elektronikanın daha sürətli və enerji-effektiv alternativi olan spintronika sahəsində mühüm əhəmiyyət daşıyır. Bu mühüm nailiyyət "Nature Communications" jurnalında dərc olunub və kvant hesablamaları, eləcə də qabaqcıl yaddaş qurğuları kimi texnologiyalara doğru əhəmiyyətli bir addım hesab olunur.

Kvant fiziki Talieh Qiyasi qrafen üzərində xarici maqnit sahələri olmadan ilk dəfə kvant spin-Hall (QSH) effektini nümayiş etdirib. QSH effekti elektronların qrafenin kənarları boyunca heç bir maneə olmadan hərəkət etməsini təmin edir və onların spinləri eyni istiqamətdə qalır.

Qiyasi bu barədə belə izah edir: "Spin, elektronların daşıdığı kiçik bir maqnitə bənzəyən kvant mexaniki xüsusiyyətdir və yuxarı və ya aşağı istiqamətə yönələ bilər. Biz elektronların spinindən istifadə edərək, məlumatları spintronik qurğularda ötürə və işləyə bilərik. Belə dövrələr, daha sürətli və enerji-effektiv elektronika, kvant hesablamaları və qabaqcıl yaddaş qurğuları kimi gələcək texnologiyalar üçün böyük potensiala malikdir."

Çipdə inteqrasiya

Adətən qrafendə kvant daşınmasını həyata keçirmək üçün böyük xarici maqnit sahələri tələb olunur ki, bu da elektron qurğularla uyğun gəlmir. Qiyasi qeyd edir: "Xüsusilə, qrafendə kvant spin cərəyanlarının aşkar edilməsi həmişə çipdə inteqrasiya olunması mümkün olmayan böyük maqnit sahələri tələb edirdi. Buna görə də, indi xarici maqnit sahələrinə ehtiyac olmadan kvant spin cərəyanlarına nail olmağımız bu kvant spintronik qurğuların gələcək tətbiqləri üçün yol açır."

Alimlər Van der Zant laboratoriyasında qrafeni CrPS4 adlı maqnit materialının üzərinə yerləşdirməklə xarici sahələrə ehtiyacı aradan qaldıra biliblər. Bu maqnit təbəqə qrafenin elektron xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişərək, qrafendə QSH effektinin yaranmasına səbəb olub.

Qiyasi əlavə edir: "Biz müşahidə etdik ki, qrafendəki spin daşınması qonşuluqdakı CrPS4 tərəfindən dəyişdirilir və nəticədə qrafendəki elektron axını elektronların spin istiqamətindən asılı olur."

Spin məlumatlarının qorunması

Alimlərin qrafen-CrPS4 yığma təbəqəsində aşkar etdiyi kvant spin cərəyanları "topoloji" olaraq qorunur. Bu, spin siqnalının dövrənin uzunluğu boyunca, hətta mikrometr ölçüsündə belə, heç bir məlumat itkisi olmadan ötürülməsi deməkdir. Qiyasi deyir: "Bu topoloji olaraq qorunan spin cərəyanları qüsurlara və qüsursuzluqlara qarşı dayanıqlıdır, beləliklə, qeyri-kamil şəraitdə də etibarlı olur. Spin siqnalının heç bir məlumat itkisi olmadan qorunması, spintronik dövrələrin qurulması üçün vacibdir."

Bu kəşf ultra-nazik, qrafen əsaslı spintronik dövrələrə doğru yeni bir yol açır və gələcək nəsil yaddaş və hesablama texnologiyalarında əhəmiyyətli inkişaflar vəd edir. Qrafendə müşahidə olunan spin cərəyanları elektron spinləri vasitəsilə kvant məlumatlarının effektiv və ardıcıl ötürülməsi üçün güclü bir yeni yol təqdim edir. Bu dayanıqlı spintronik cihazlar, kvant hesablamalarında əsas tikinti blokları kimi xidmət edə bilər və kvant dövrələri daxilində kubitləri bir-birinə problemsiz şəkildə bağlaya bilər.

Daha çox məlumat üçün: Talieh S. Ghiasi və digərləri, "Qrafendə maqnit kvant spin-Hall effekti", Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60377-1.