سیم های الماسی در کامپیوتر شما!
کامپیوتر ها از الکترون ها برای فرستادن اطلاعات استفاده می کنند (صفر و یک هایی که اطلاعات بیتی را می سازند) که اساسا حضور یا عدم حضور جریان را نشان می دهند و توسط حرکت الکترون ها شکل می گیرند. جریان، گرما تولید می کند و همچنین محدودیت هایی در راستای اینکه بفهمیم تا چه حد می توان یک مدار الکترونی را قبل از ذوب شدنش کوچک کرد، وجود دارد.
برای ساخت نسل جدید دستگاه های محاسباتی، دانشمندان روی اسپینترونیک (اسپین) مطالعه کرده اند. اسپین در الکترون ها هم به طرف بالا و هم به طرف پایین است و می تواند بیت های اطلاعات را به گونه ای که جریان خاموش یا روشن الکترون ها عمل می کند، ذخیره سازد. چنین دستگاه هایی حرارت کمتری را منتشر می سازند زیرا به جریان وابستگی ندارند (برای مدارهای کوچک).
بعضی از هارد درایوها از اثرات اسپین ها برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند اما برای ساخت کامپیوتر های اسپینی دانشمندان باید اسپین ها را مشاهده کنند و آن ها را منتقل کنند.
یک تیم از دانشگاه اوهایو توانایی سنجش انتقال اطلاعات اسپین ها را در تعداد کمی از الکترون ها دارد به گونه ای که از یک سیم الماسی با طول 4 میکرومتر و عرض 200 نانومتر استفاده می کنند که تا 4 درجه بالای صفر خنک می شود. نتیجه کلیدی این بود که امکان سنجش انتقال اسپین ها در داخل سیم های الماسی وجود دارد و همچنین به میزان کافی انتقال اسپین ها در داخل سیم الماسی وجود دارد (به گفته پرفسور کریس همل).
در این آزمایش دانشمندان سیمی که از یک الماس مصنوعی که به داخل یک جسم به شکل سیم، کشیده شده است را خنک می کنند؛ همانند ماده به کار رفته در حلقه نامزدی. سیم در یک میدان مغناطیسی قرار گرفته و اسپین های الکترون را در سیم با یک کنسول کوچک اندازه می گیرند. دانشمندان فهمیدند که حالت اسپین ها به پایین سیم منتقل می شود اما بر خلاف جریان الکتریکی، الکترون ها حرکت نمی کنند. در عوض وضعیت اسپین ها عوض می شود، نه الکترون های واقعی.
الماس فقط همراه با کربن خالص نمی باشد بلکه مقداری نیتروژن نیز دارد (برای اینکه به الکترون ها این اجازه را بدهد که فضایی برای تلنگر زدن به اسپین ها را داشته باشند). دانشمندان الماس را انتخاب کردند زیرا الکتریسیته تولید نمی کند و گرما را نگه می دارد. این کار هم سخت است و هم هیچ وقت باعث خوردگی نمی شود. الماس مصنوعی قبلا به صورت ساختار نانومتری ساخته شده بود اما هیچ وقت در این راه استفاده نشده بود.
اندازه گیری اسپین ها قبلا انجام شده بود اما در حجم بزرگتری از مواد انجام شده بود و میلیاردها الکترون را در بر می گرفت. وقتی دانشمندان اسپین ها را برای اندازه گیری الکترون ها تنظیم کردند، نیاز به استفاده از میدان مغناطیسی بزرگی داشتند و فقط می توانستند یک الکترون در 10000 الکترون را همردیف کنند. برای اندازه گیری، دانشمندان به یک میانگین از وضعیت اسپین ها نیاز داشتند. به طور معمول 50 درصد از اسپین ها بالا و 50 درصد پایین خواهند بود اما با یک در 10000 تفاوت، در بین میلیاردها الکترون. میانگین آن ها در یک مسیر حرکت خواهند کرد و بقیه بالا و پایین خواهند رفت. این شبیه نگاه کردن به رای های نوسانی انتخاباتی می باشد که یک تغییر کوچک در متوسط اعداد رای برای یک حزب یا بقیه حزب ها، وضعیت را قرمز یا آبی می سازد (چنان چه شما با شکاف 50-50 شروع کنید). تیم پرفسور همل می توانستند اسپین ها را از تعداد ذرات خیلی کوچک هم ردیف کنند و نیازی به یک میدان مغناطیسی خیلی قوی نداشتند.
اندازه گیری الکترون–اسپین ها محرمانه به نظر می رسد. فهمیدن چگونگی اندازه گیری اسپین ها 2 کار را انجام می دهد:
1. مسیر را برای ساخت بیت های مفید نشان می دهد در حالی که یک نفر نمی تواند یک کامپیوتر فعال را بدون دانستن این که بیت ها چرخش به بالا یا پایین دارند، داشته باشد.
2. اندازه گیری نشان می دهد که چه اتفاقی در حجم کوچکی که مواد با هم در ارتباطند (در این حالت سیم الماس ذوب شده و الماس معمولی است) رخ می دهد.
یکی از موارد نگران کننده این است که چه اتفاقی در هنگام تداخل بین دو ماده رخ می دهد.
رامتین مجتهدی
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع: LiveScience
