Российские физики-теоретики предсказывают существование особого класса материалов — полуметаллов, которые не содержат атомов металлов и могут стать основой будущих сверхбыстрых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"В каком-то смысле наше открытие было сюрпризом даже для нас самих. Оно, в сущности, подтверждает знаменитый ленинский тезис о неисчерпаемости электрона наравне с атомом. Теперь дело за экспериментаторами. Веществ, которые хорошо описываются рассмотренной нами моделью, известно достаточно много. Поэтому я убежден, что предсказанная нами фаза будет в конце концов обнаружена", — заявил Артем Сбойчаков из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.
Так называемые полуметаллы с точки зрения физиков являются не химическими веществами, занимающими промежуточное положение между настоящими металлами и полупроводниками вроде кремния, а особыми материалами, избирательно пропускающими электрический ток. Приставка "полу" в их названии обусловлена тем, что они пропускают лишь те электроны, чей спин повернут или вверх, или вниз.
Подобные материалы, как объясняет пресс-служба МФТИ, сегодня считаются одним из главных кандидатов на замену кремния и других полупроводников, применяемых при производстве электроники. Полуметаллы позволят ученым и инженерам использовать спин электронов для передачи информации. Это сделает компьютеры в десятки раз более быстрыми и экономными и позволит "воскресить" закон Мура, потерявший свою силу в последние годы.
Как объясняет Сбойчаков и его коллеги, все известные полуметаллы содержат атомы и ионы настоящих металлов, многие из которых являются редкими и дорогими, а другие — крайне токсичными и небезопасными для человека. Это не позволяет использовать спиновую электронику в качестве компонентов кибернетических протезов и различных вживляемых чипов.
Ученые из ИТПЭ РАН, МФТИ и их зарубежные коллеги из Японии и США, экспериментируя с особыми изолирующими материалами, электроны и "дырки" в которых распределены неравномерно, выяснили, что свойствами полуметаллов могут обладать и вещества, не содержащие в себе настоящих металлов.
Как оказалось, подобные изоляторы можно превратить в полуметаллы, если заменить часть их атомов особым набором других элементов, который поменяет распределение "лишних" электронов и областей избыточного положительного заряда и объединит их в цепочки, по которым спиновый ток сможет беспрепятственно двигаться.
В роли таких присадок, как отметил Александр Рожков, физик из московского Физтеха в Долгопрудном, могут выступать атомы азота, фосфора и других элементов, число электронов в которых отличается от того, сколько их содержится в оригинальном материале.
По словам российских физиков, их теоретическое открытие уже привлекло внимание коллег-экспериментаторов из американского университета Ратгерса и те пообещали в ближайшее время начать процесс подбора правильной "начинки" для вещества-изолятора, которая превратила бы его в неметаллический полуметалл. Создание такого вещества ускорило бы разработку спиновой электроники и помогло бы человечеству найти новые применения для подобных материалов.