Томские физики-теоретики объяснили механизм электрического пробоя в вакууме

Научные сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) объяснили электродинамический механизм ускорения ионов в начальной стадии вакуумного пробоя. Разработанная теория позволяет не только упорядочить полученные ранее экспериментальные данные, но и решить проблему вакуумной изоляции космических аппаратов и промышленной сильноточной электроники. Катодная плазма, образующаяся за счет взрыва микроскопических неровностей катода или лазерного инициирования, расширяется с огромными скоростями, при этом аномальный характер носит само ускорение ионов. До недавнего времени это явление связывалось с формированием фазовых переходов, локализованных в областях электромагнитных и гидродинамических разрывов, или с опосредованным влиянием на ионы различной зарядности электрон-ионных и ион-ионных упругих рассеивающих столкновений. В ходе работы над проектом с помощью методов математического моделирования томские ученые смогли доказать, что на аномальное ускорение ионов на начальной стадии вакуумного пробоя главным образом влияют электрические поля, а другие факторы второстепенны и существенного воздействия на этот процесс не оказывают. Результатом нескольких лет работы физиков-теоретиков стало создание замкнутой согласованной кинетической теории, объясняющей природу разлета многокомпонентной плазмы в вакуумном разряде.

Анизотропное обменное взаимодействие двух кубитов со спином дырок

Исследователи из Базельского университета и NCCR SPIN добились первого контролируемого взаимодействия между двумя кубитами со спином дырок в обычном кремниевом транзисторе. Квантовому компьютеру для выполнения вычислений нужны "квантовые ворота". Они представляют собой операции, которые манипулируют кубитами и связывают их друг с другом. Как сообщают исследователи в журнале Nature Physics, им удалось соединить два кубита и вызвать контролируемый переворот одного из их спинов в зависимости от состояния спина другого — известный как управляемый переворот спина. Связь двух спиновых кубитов основана на их обменном взаимодействии, которое происходит между двумя неразличимыми частицами, взаимодействующими друг с другом электростатически. Удивительно, но обменная энергия дырок не только электрически управляема, но и сильно анизотропна.

Настраиваемые квантовые аномальные эффекты Холла в ферромагнитных гетероструктурах Ван-дер-Ваальса

Посредством систематических расчетов исследовательская группа физиков предсказывает, что квантовый аномальный эффект Холла (QAHE), индуцированный как плоскостной, так и внеплоскостной намагниченностью, может быть достигнут в рамках единой материальной системы, состоящей из связанных монослоев Ван-дер-Ваальса Bi и MnBi₂Te₄. Применяя деформацию, магнитное поле или скручивая материалы, можно вызвать значительные изменения в магнитных и топологических свойствах системы, что приводит к легко настраиваемым состояниям QAHE. Это исследование не только обеспечивает практическую материальную платформу для топологической электроники, но и открывает новые пути для дальнейшего экспериментального и теоретического исследования квантового аномального эффекта Холла.

Гигантское вращение Фарадея в атомно тонких полупроводниках

В недавнем исследовании немецкие и индийские физики показали, что ультратонкие двумерные материалы, такие как диселенид вольфрама, могут поворачивать поляризацию видимого света на несколько градусов на определенных длинах волн в небольших магнитных полях, подходящих для использования в чипах. Ученые из Мюнстерского университета (Германия) и Индийского института научного образования и исследований (IISER) в Пуне (Индия) опубликовали свои выводы в журнале Nature Communications. Чип компьютерного процессора содержит миллиарды переключающих элементов. Таким образом, работа немецко-индийской группы является шагом вперед в разработке миниатюрных оптических изоляторов из 2D-материалов, которые имеют толщину всего несколько атомных слоев и в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса.

Квантовая электроника показала, что заряд в двухслойном графене распространяется как свет

Международная исследовательская группа под руководством Гёттингенского университета экспериментально продемонстрировала, что электроны в встречающемся в природе двухслойном графене движутся как частицы без какой-либо массы, точно так же, как распространяется свет. Более того, они показали, что ток можно «включать» и выключать, что имеет потенциал для разработки крошечных энергоэффективных транзисторов — таких как выключатель света в доме, но на наноуровне. Это свойство быстро движущихся электронов было теоретически предсказано еще в 2009 году, но учёным потребовалось значительно улучшить качество образцов. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Сбалансированный квантовый резистор Холла

Исследователи из Вюрцбургского университета разработали метод, который может улучшить характеристики стандартов квантового сопротивления. Он основан на квантовом аномальном эффекте Холла (QAHE). В тонких слоях и при достаточно больших магнитных полях сопротивление Холла (напряжение Холла делить на ток) начинает развиваться дискретными ступенями со значениями ровно h/ne², где h — постоянная Планка, e — элементарный заряд, а n — целое число. Это известно как квантовый эффект Холла, поскольку сопротивление зависит только от фундаментальных констант природы (h и e), что делает его идеальным стандартным резистором. Особенностью QAHE является то, что он позволяет квантовому эффекту Холла существовать при нулевом магнитном поле.

Квантовая интерференция повышает производительность одномолекулярных транзисторов

Разработан одномолекулярный транзистор, который использует квантовую интерференцию для управления потоком электронов. Транзистор, описанный в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, открывает новые возможности использования квантовых эффектов в электронных устройствах. Проводящий канал транзистора представляет собой один порфирин цинка, молекулу, способную проводить электричество. Порфирин зажат между двумя графеновыми электродами, и когда к электродам прикладывается напряжение, поток электронов через молекулу можно контролировать с помощью квантовой интерференции. Новый транзистор стабилен и имеет очень высокий коэффициент включения/выключения. Подпороговое колебание транзистора 140 mV/dec, что лучше, чем у других аналогов и сравнимо с устройствами из углеродных нанотрубок.

Прямое наблюдение расщепления альтермагнитных зон в тонких пленках CrSb

В сотрудничестве с группой теоретиков под руководством профессора Хайро Синовой и доктора Либора Шмейкала физик-экспериментатор доктор Сонка Реймерс и ее коллеги из лаборатории профессора Матиаса Кляуи в Институте физики Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) продемонстрировали альтермагнитное расщепление электронных зон, связанных со спиновой поляризацией в CrSb. «Масштаб этого явления, наблюдаемого в хорошем проводнике и при комнатной температуре, является необычайным и многообещающим с точки зрения электронного применения альтермагнетиков», — сказал профессор Мартин Журдан, координатор исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Communications.

Магнитное состояние некоторых материалов можно переключать с помощью поверхностно-индуцированной деформации

Манипулировать ферромагнетиками легко: достаточно просто приложить внешнее магнитное поле, чтобы повлиять на его внутренние магнитные свойства. С антиферромагнетиками это невозможно, но выход есть: можно работать с поверхностной деформацией. Учёным удалось переключить спины в антиферромагнитном материале с помощью поверхностной деформации. Эксперименты с диоксидом урана показали, что с помощью механического напряжения можно немного сжать кристаллическую решетку , и этого достаточно, чтобы переключить магнитный порядок материала.