bởi RIKEN

Spin của electron bị ảnh hưởng bởi cả chuyển động của electron, thông qua liên kết quỹ đạo spin và tương tác với các electron khác, thông qua hiệu ứng Coulomb. Tín dụng: Mari Ishida; Trung tâm RIKEN về Khoa học Vật chất Nổi bật

     Trong một phát hiện sẽ giúp xác định các trạng thái lượng tử kỳ lạ, các nhà vật lý RIKEN đã nhìn thấy các yếu tố cạnh tranh mạnh mẽ ảnh hưởng đến hành vi của electron trong vật liệu lượng tử chất lượng cao.

     Các electron có một đặc tính gọi là spin, có thể được hiểu một cách thô thiển là chuyển động quay của một electron quanh một trục. Khi một electron chuyển động, chuyển động và spin của nó có thể liên kết với nhau thông qua một hiệu ứng được gọi là sự kết hợp quỹ đạo spin. Hiệu ứng này rất hữu ích vì nó cung cấp một cách để điều khiển bên ngoài chuyển động của một điện tử phụ thuộc vào spin của nó – một khả năng quan trọng đối với một công nghẹ mới nổi gọi là spintronics, đang tìm cách sử dụng spin điện tử để thực hiện xử lý thông tin tiêu thụ điện năng thấp.

     Sự kết hợp quỹ đạo quay là sự kết hợp phức tạp giữa vật lý lượng tử và thuyết tương đối, nhưng nó trở nên dễ hiểu hơn một chút bằng cách hình dung một quả bóng tròn. Denis Maryenko thuộc Trung tâm Khoa học Vật chất Nổi tiếng RIKEN giải thích: “Nếu một cầu thủ đá bóng đá quả bóng, nó sẽ bay theo quỹ đạo thẳng. Nhưng nếu người chơi cho bóng xoay hoặc xoay, đường đi của nó sẽ bị uốn cong." Quỹ đạo của quả bóng và chuyển động quay của nó được kết nối với nhau. Nếu hướng quay của nó bị đảo ngược, đường đi của quả bóng sẽ uốn theo hướng ngược lại.

     Không giống như quả bóng đá, các electron cũng tương tác với nhau: chẳng hạn như hai hạt mang điện tích âm sẽ đẩy nhau. Lực đẩy lẫn nhau này và tương tác spin - quỹ đạo cạnh tranh với nhau: cái trước có thể hoạt động để điều chỉnh spin của điện tử với của các điện tử khác, trong khi cái sau cố gắng điều chỉnh spin của điện tử với chuyển động của nó.

Maryenko nói: “Sự tác động lẫn nhau này gần đây đã thu hút rất nhiều sự quan tâm, vì nó có thể dẫn đến sự xuất hiện của các pha điện tử và spin mới, có thể được sử dụng trong các công nghệ lượng tử trong tương lai. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu các nguyên tắc cơ bản của tác động qua lại." Nhưng rất khó để xác định cả hai tác động cùng một lúc.

     Giờ đây, Maryenko và các đồng nghiệp của ông đã thành công trong việc loại bỏ hai hiệu ứng.

     Họ xem xét các electron bị mắc kẹt giữa hai chất bán dẫn, oxit kẽm magiê và oxit kẽm. Vì hệ có rất ít tạp chất nguyên tử, nên có sự tương tác mạnh giữa các electron. Và các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát độ bền của mối ghép quỹ đạo spin bằng cách thay đổi hàm lượng magiê. Maryenko nói: “Chúng tôi đã xem xét cẩn thận điện trở của mẫu thay đổi như thế nào khi chúng tôi đặt một từ trường. Bằng cách này, họ đã có thể xác định chữ ký của cả hai quay - sự quay và lực đẩy lẫn nhau do chi phí của các electron."

     Do đó, hệ thống vật liệu chất lượng cao này đại diện cho một nguồn tài nguyên tuyệt vời để kiểm tra các dự đoán lý thuyết và nó mở ra một con đường phát triển các hiện tượng spintronic trong các chế độ tương quan điện tử-mạnh mẽ.