Zhili Xiaon johtaman ryhmän kehittämällä uudella materiaalilla voi olla sovelluksia tiedon tallennuksessa, muisti- ja logiikkapiirien kehitystyössä, entistä pienemmissä ja tehokkaammissa tietokoneissa, mahdollisesti myös kvanttilaskennassa.
Nykyinen tallennustekniikka perustuu nanomagneetteihin, joiden polariteetti vastaa joko nollaa tai ykköstä. Magneettisessa varausjäässä on erilaisia vaihtoehtoja peräti kahdeksan, mikä mahdollistaa suuremman tallennuskapasiteetin tai kenties jopa uudenlaisia toimintamuotoja, joita nykyinen tietotekniikka ei tarjoa.
"Pystyimme ensimmäisen kerran valmistamaan magneettisten varausten muodostamaa keinotekoista jäätä, jonka energiatilat ovat hallittavissa", toteaa Xiao.
Viime vuosina on tutkittu ahkeasti "keinotekoista spin-jäätä", joka on saanut nimensä siitä, että sen hilarakenteen spin-ominaisuudet ovat samanlaiset kuin vesijäässä. Spin on puolestaan alkeishiukkasilla esiintyvä ominaisuus, jota voi kuvailla sisäisellä pyörimismäärällä, mutta kvanttimaailman ilmiöiden tapaan se on kuitenkin pohjimmiltaan hieman eri asia.
Toistaiseksi spin-jäiden magneettisten varausten hallinta on ollut hankalaa tai mahdotonta, mutta Xiaon tutkijaryhmä löysi ratkaisun kytkemällä toisiinsa magneettisten spinien ja magneettisten varausten hilarakenteet. Ryhmän kehittämällä menetelmällä on mahdollista kontrolloida magneettisia varauksia siten, että kaikki kahdeksan vaihtoehtoista "tilaa" saadaan hallitusti käyttöön.
Osoituksena menetelmän tarkkuudesta tutkijat "kirjoittivat" materiaalin pintaan sanan ICE, jonka koko on kymmenesosa ihmisen hiuksen läpimitasta.
Magneettinen varausjää on kaksiulotteista ainetta eli se koostuu hyvin ohuesta atomikerroksesta. Sillä voidaan pinnoittaa muita aineita kuten grafeenia, se on ympäristöystävällistä ja valmistuskustannuksiltaan suhteellisen edullista.
Käytännön sovelluksiin on kuitenkin vielä matkaa, sillä uuden menetelmän yhdistäminen nykyisin tietokoneissa käytettävään piipohjaiseen tekniikkaan on haastavaa.
Tutkimuksesta kerrottiin EurekAlert-tiedesivustolla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).
Kuva: Yong-Lei Wang/Zhili Xiao
