В январском номере журнала «Nature Physics» опубликована статья сотрудников лаборатории наноструктурных поверхностей и покрытий ТГУ Евгения Чулкова и Михаила Отрокова в соавторстве с зарубежными учеными (Nature Physics. 2015. V.11. P. 43–47). Описанный в ней результат научных исследований может быть использован для создания энергоэффективных приборов нового поколения.
Статья «Пространственное изменение гигантского спин-орбитального взаимодействия индуцирует локализацию электронов в графене на островках свинца» стала итогом научной работы, выполненной в сотрудничестве с исследователями из IMDEA Nanoscience (Мадрид), Автономного университета Мадрида, Института материаловедения (Испанский Национальный Исследовательский Совет, Мадрид), Университета Страны Басков (Сан-Себастьян), Международного центра по физике (Сан-Себастьян).
– Спин-орбитальное взаимодействие – это взаимодействие между спином электрона (возникающим вследствие вращения электрона вокруг своей оси, его можно представить как «магнит») и его орбитой, – объясняет Михаил Отроков. – В нашей работе показано, что при помещении атомов свинца между слоем графена и иридиевой подложкой происходит значительное усиление спин-орбитального взаимодействия, результат которого подобен воздействию сильного магнитного поля. Это приводит к тому, что при воздействии внешнего электрического поля в транспорте будут участвовать электроны лишь с одним направлением спина.
В работе, опубликованной в Nature Physics, исследуется возможность управления электрическим током, когда в роли магнитного поля выступает спин-орбитальное взаимодействие, то есть при отсутствии внешнего магнитного поля.
– Если мы сравним движение электронов с движением автомобилей, то в материалах традиционной спиновой электроники электроны движутся по обычной дороге с односторонним движением, что делает их «столкновение» (а по-научному – рассеяние) весьма вероятным, это приводит к потерям энергии, продолжает Михаил. – Однако в предложенном нами материале электроны могут двигаться подобно автомобилям на автобане, что, как известно, существенно сокращает количество автопроисшествий. Таким образом, потери энергии, связанные с рассеянием электронов, будут сведены к минимуму.
Авторы отмечают, что этот эффект может быть использован для создания быстродействующих и энергоэффективных приборов нового поколения. Это связано с тем, что в данных системах электроны оказываются «топологически защищены», то есть нечувствительны к присутствию дефектов и примесей на поверхности или вблизи нее, что способствует протеканию электрического тока практически без потерь энергии.
Для справки. Лаборатория наноструктурных поверхностей и покрытий была создана в 2011 году в рамках гранта Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования. Ее научным руководителем является Евгений Чулков, выпускник ТГУ, профессор, сотрудник Международного физического центра в Сан-Себастьяне (Испания). За три года сотрудниками лаборатории опубликовано несколько десятков статей в ведущих международных журналах, в том числе в «Nature Communications», «Nature Physics» и других.
Nature Physics – физический научный журнал, издаваемый Nature Publishing Group c 2005 года. Является самым престижным в мире журналом по физике, где публикуются оригинальные исследования. Его импакт-фактор составляет 20,603.