Электронные приборы, независимо от того, будут ли они и дальше уплотняться в соответствии с законом Мура, или миниатюризация встретит принципиальные пределы, налагаемые законами квантового мира, имеют, тем не менее, один неустранимый недостаток. Они рассеивают энергию, т.е. превращают ее в тепло. Такое рассеивание происходит при всякой передаче сигнала от транзистора к транзистору. Специалисты подсчитали, что такие межтранзисторные проводники в процессоре Pentium, будучи выстроены в одну линию, имели бы протяженность около 1 мили (1,6 км). Отсюда и проблема с охлаждением современных процессоров.

Один из способов обойти проблему перегрева - использовать не заряд электрона и электрические токи в качестве основы для информационного процессинга, а другую фундаментальную характеристику электрона - его спин или внутренний момент вращения. Это чисто квантовая характеристика, и классических аналогов она не имеет. Электрон может находиться в двух основных спиновых состояниях, которые условно называются "вверх" ("up") и "вниз" ("down"). Технологии манипулирования спиновыми состояниями и получили общее название спинтроники. Исследования в этой области ведутся самым широким фронтом во всем мире. Эксперты полагают, что уже через 10 лет удельный вес спинтронных приборов сравняется с таковым электронных приборов.

Группа ученых из Стэнфордского и Токийского университетов под руководством профессора Шучень Жаня (Shoucheng Zhang) попыталась сформулировать аналог закона Ома для спиновых токов. И оказалось, что спин электрона может переноситься без всякой потери энергии или диссипации. Еще более важным оказалось то, что данный эффект должен иметь место при комнатной температуре для большого класса материалов, широко используемых в современной полупроводниковой промышленности, таких, как, например, арсенид галлия. Авторы предсказывают, что приложенное электрическое поле будет вызывать спиновый ток, при этом так, что направление электрического поля, спины электронов и спиновый ток будут ориентированы в трех взаимно перпендикулярных направлениях (анимированная иллюстрация имеется на странице: news-service.stanford.edu/news/2003/august20/zhang-video-820.html).

Пока это только теоретическое предсказание. Для начала лабораторных исследований требуется создание соответствующих материалов и их тестирование. После этого ученые готовы предложить проекты различных устройств, использующих предсказанный ими эффект, в том числе и для выполнения обратимых (недиссипативных) квантовых вычислений.

Результаты исследования были опубликованы в онлайновой версии журнала "Science" "Science Express" (7 августа, 1087128). Препринт статьи: xxx.lanl.gov/pdf/cond-mat/0308167. Пресс-релиз: www.stanford.edu/dept/news/pr/03/zhang820.html.

Сергей САНЬКО,
[email protected]