Квантовые технологии. Уникальные свойства оксида неодима никеля.
В наше время одним из актуальных направлений развития современных технологий является разработка эффективных методов хранения и защиты информации. И оказалось, что именно такими уникальными свойствами обладает оксид неодима никеля, который является редкоземельным металлом.
Так, изучая перспективный материал для создания искусственных нейронов, ученые-физики из Массачусетского технологического института во главе с Рикардо Комином представили первый известный пример фрактального расположения доменов (магнитных единиц) в квантовом материале. Они смогли выяснить, что в нем возникает фрактальная структура, что и позволило им обнаружить свойства, которые можно использовать для создания перспективных блоков памяти.
Результаты этой их исследовательской работы были опубликованы в научном издании Nature Communications. А оксид неодима никеля из-за своих уникальных свойств был отнесен к квантовым материалам, поскольку эти его свойства можно объяснить только законами квантовой физики. Так, в зависимости от температуры этот квантовый материал может быть либо проводником, либо изолятором. И это его поистине парадоксальное свойство может использоваться искусственных системах, имитирующих биологические нейроны, которые в зависимости от получаемого ими напряжения становятся то активными, то пассивными.
Однако, на этом уникальные свойства оксида ниодима никеля не исчерпываются. Оказалось, что он также обладает еще и необычными магнитными свойствами. Подобно большинству ферромагнитных материалов его атомы способны объединяться в крошечные сгустки магнитно ориентированных частиц, которые и называются «доменами». Но, когда температура опускается ниже критической отметки в -123 градуса по Цельсию, то в результате квантовых эффектов в веществе возникают уже антиферромагнитные домены. И после появления таких доменов оксид неодима никеля совершает переход в своих свойствах от проводника к изолятору. Сам же этот эффект довольно сильно озадачивает физиков, выходя за рамки понятий классической науки.
Эти домены могут быть самых различных размеров от нескольких до десятков тысяч атомов в зависимости от квантовых взаимодействий между электронами и атомами при определенных условиях. В ходе своих исследований, команда Рикардо Комина смогла выяснить как часто встречаются эти домены той или иной величины. Для своих экспериментов они сконструировали специальную линзу диаметром 150 микрометров, фокусирующую низкоэнергетические рентгеновские лучи. Структурно она состоит из множества небольших линз, что позволяет ей уменьшать диаметр рентгеновского луча с нескольких сотен микрометров до семидесяти нанометров. Использование такого инструмента позволило физикам создать карту с формой, размером и расположением доменов. А когда был проведен анализ статистики распределения доменов исследователи поняли, что это распределение подчиняется законам фрактальной геометрии.
Также был обнаружено еще одно удивительное свойство этого квантового материала. Так, при нагревании домены исчезали, но при достижении критически низкой температуры фрактальные паттерны доменов восстанавливались на тех же самых местах. И это свойство можно назвать «квантовой памятью». Как отмечают сами ученые, это явление напоминает работу магнитных дисков на винчестере компьютера, а следовательно и в этих магнитных доменах тоже возможно хранить информацию. А такие материалы, которые благодаря квантовым эффектам могут выступать то в роли проводника, то в роли изолятора, уже активно используются в различной электронике.
Однако, открытые учеными уникальные свойства оксида неодима никеля позволяют его использовать не только в качестве строительного блога нейроморфных устройств, но и для создания принципиально новых запоминающих устройств, а также способов храния и защиты цифровой информации. Таким образом, наука все больше продвигается по пути создания и использования квантовых технологий.
michael101063 ©