（文章來源：科技報告與資訊）
科學(xué)家在新一代電子產(chǎn)品的開發(fā)方面取得了突破，它將需要更小的功率和更少的熱量。它涉及利用電子的復(fù)雜量子特性，在這種情況下，是電子的自旋態(tài)。

由利茲大學(xué)的一組物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究人員在《Science Advances 》雜志上宣布，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個“自旋電容器”，該電容器能夠產(chǎn)生并保持電子的自旋態(tài)數(shù)小時。之前的研究僅將旋轉(zhuǎn)狀態(tài)保持了不到一秒鐘的時間。

在電子產(chǎn)品中，電容器以電荷形式保存能量。自旋電容器是該想法的一種變體：它不僅保留電荷，還存儲一組電子的自旋狀態(tài)，實際上，它“凍結(jié)”了每個電子的自旋位置。捕獲自旋狀態(tài)的能力打開了開發(fā)新設(shè)備的可能性，這種新設(shè)備可以高效地存儲信息，從而使存儲設(shè)備變得非常小，僅一平方英寸的自旋電容器可以存儲100 TB的數(shù)據(jù)。

負(fù)責(zé)這項研究的物理與天文學(xué)學(xué)院副教授Oscar Cespedes博士說：“這是一個很小但重要的突破，它可能會因利用量子技術(shù)原理而推動電子學(xué)的一場革命。目前，諸如計算機(jī)或移動電話之類的電子設(shè)備中高達(dá)70％的能量以熱量的形式損失，這是電子通過設(shè)備電路中流動產(chǎn)生的能量。這導(dǎo)致了巨大的效率低下并限制了當(dāng)前技術(shù)的功能和可持續(xù)性。互聯(lián)網(wǎng)的碳足跡已經(jīng)與航空旅行相似，并且逐年增加。有了使用光和生態(tài)友好元素的量子效應(yīng)，就不會產(chǎn)生熱量損失。這意味著當(dāng)前技術(shù)的性能可以繼續(xù)以更高效和可持續(xù)的方式發(fā)展，而所需的功率卻要少得多。”

該研究的另一位主要參與者之一的馬修·羅杰斯（Matthew Rogers）博士也來自利茲，他說：“我們的研究表明，未來的設(shè)備可能不必依賴于硬盤，而是使用光操作的自旋電容器，這將使它們非常快，或者受到電場的影響，這將使其非常節(jié)能。這是一個令人興奮的突破。量子物理學(xué)在電子學(xué)中的應(yīng)用將產(chǎn)生出新穎的設(shè)備。”

自旋電容器如何工作？在常規(guī)計算中，信息被編碼并存儲為一系列位：例如，硬盤上的零和一。這些零和一可以通過磁盤上微小磁化區(qū)域的極性變化來表示或存儲在硬盤上。利用量子技術(shù)，自旋電容器可以利用光或電場來寫入和讀取編碼為電子自旋態(tài)的信息。

該研究團(tuán)隊能夠通過使用一種先進(jìn)的材料界面來開發(fā)自旋電容器，該界面由一種稱為buckminsterfullerene（巴克球）、氧化錳和鈷磁性電極的碳制成。納米碳與氧化物之間的界面能夠捕獲電子的自旋態(tài)。通過在磁性電極存在下利用巴克球中的碳原子與金屬氧化物之間的相互作用，延長了自旋態(tài)衰變所需的時間。

研究人員在巴塞羅那使用了ALBA同步加速器，該同步加速器使用電子加速器產(chǎn)生同步加速器光，從而使科學(xué)家能夠可視化物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)并研究其性質(zhì)。瑞士Paul Scherrer Insitute的低能μ子自旋光譜儀用于監(jiān)測樣品內(nèi)部十億分之一米內(nèi)光和電輻射下的局部自旋變化。

實驗分析的結(jié)果是在英國科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會的計算機(jī)科學(xué)家的協(xié)助下進(jìn)行解釋的，該委員會是英國最強(qiáng)大的超級計算機(jī)之一。科學(xué)家們相信，他們所取得的進(jìn)步是可以建立的、特別是能夠長時間保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的設(shè)備。
（責(zé)任編輯：fqj）