Виявлено перемикання полімерної молекули між двома спиновими станами, яке можна використовувати для розробки нових пристроїв зберігання та обробки інформації.
Дослідникам з МФТІ, Інституту елементоорганічних з'єднань ім. О. М. Несмеянова РАН і Університету Барселони (Іспанія) вперше вдалося зареєструвати специфічний перехід з'єднання заліза між спиновими станами. Подібні перемикання магнетиків здатні передавати логічний сигнал, що в майбутньому, можливо, допоможе розробити процесори і пристрої пам'яті з більшим ставленням продуктивності до кількості споживаної енергії, ніж у сучасних напівпровідникових процесорах. Результати дослідження опубліковані в журналі Angewandte Chemie.
Сучасні напівпровідникові процесори для передачі інформації та проведення логічних операцій використовують рух електронів. На цьому шляху в даний час практично досягнуто межі продуктивності. Подальше прискорення обчислень вимагає принципово нових підходів, одним з яких служить спинтроніка, в основі якої лежить перенесення інформації за допомогою взаємодії магнітних моментів (спинів) електронів.
Для цієї мети підходить далеко не будь-який матеріал, оскільки до нього пред'являються досить жорсткі вимоги. Насамперед використовувана у спинтроніці речовина повинна бути здатна намагатися, а її молекули - існувати в двох різних стійких станах, що дозволить зберігати інформацію в двійковому вигляді і проводити логічні операції. Для цього підходять молекули, які містять один або кілька неспарених електронів. Такі з'єднання можуть бути отримані з використанням сучасних методів синтезу, що забезпечують ідентичність всіх отримуваних молекул. При цьому їх магнітні властивості можна контролювати.
Автори роботи досліджували поведінку складної полімерної молекули з двома іонами двовалентного заліза, кожен з яких може існувати в двох станах - високоспиновому (ЗС) і низькоспиновому (НС). Виявилося, що в такій молекулі можливий перехід між ВС-НС і НС-ВС станами, тобто коли один атом заліза знаходиться в одному стані, а другий - в іншому. Причому перехід відбувається на мікросекундному масштабі часу.
Однак такий процес дуже складно виявити через симетрію молекул. Тому для вирішення цієї проблеми дослідники застосували метод ядерного магнітного резонансу, при якому можна зареєструвати взаємодію ядерних магнітних моментів з магнітним полем, магнітними моментами неспарених електронів і один з одним. В даному випадку вони спостерігали взаємодію магнітних моментів ядер з моментами електронів, завдяки чому вперше вдалося зареєструвати перехід між ВС-НС і НС-ВС станами.
Відкритий перехід представляє інтерес при створенні нових пристроїв для надплотного зберігання інформації та її обробки на основі молекулярних систем. Такі пристрої називають молекулярними клітинними автоматами. На їх основі можна створити альтернативну напівпровідникам технологію для обробки інформації. У ній сигнал передається не потоком електронів, а перемиканням вибудуваних у ланцюжок молекул, що являють собою комірки автомата. Подібні системи будуть мати більш низьке енергоспоживання і тепловиділення, ніж сучасні транзистори, а продуктивність - вище.
За матеріалами прес-релізу МФТІ