Истражувачи објавија резултати што би можеле да отворат нова насока во развојот на идните компјутерски технологии: управување со движењето на електроните без употреба на магнетни материјали, батерии или надворешен електричен напон. Наместо тоа, клучната улога ја имаат таканаречените хирални фонони, односно специфични атомски вибрации што се појавуваат во материјали со „извртена“ внатрешна структура.
Во современата електроника информацијата најчесто се пренесува преку електричниот полнеж на електроните, а во спинтрониката и преку нивниот спин. Новото истражување се насочува кон орбитрониката, поле во кое информацијата би се носела преку орбиталниот аголен момент на електроните, односно нивното движење околу атомското јадро. Досега ваквата контрола најчесто бараше магнетни и релативно скапи материјали, што ја ограничуваше практичната примена.
Научниците сега покажале дека во немагнетен материјал, како што е кварцот, хиралните фонони можат директно да му пренесат орбитален аголен момент на електронот. Тоа значи дека е можно да се создаде орбитална струја без класичниот пристап што се потпира на магнети и вбризгување електрична струја. Според авторите, ова е важен чекор кон поедноставни, поевтини и потенцијално полесно скалабилни уреди.
Хиралноста опишува структура што не може да се поклопи со својата огледална слика, слично како левата и десната рака. Кај материјали како кварцот, атомите не се распоредени симетрично, туку во спирална форма. Кога тие атоми вибрираат, движењето не е само линеарно, туку може да има кружна компонента. Токму таквите колективни кружни вибрации се нарекуваат хирални фонони.
Бидејќи овие вибрации носат аголен момент, истражувачите покажале дека тој момент може да се префрли и на електроните. Во експериментите користеле алфа-кварц и примениле магнетно поле за да ги усогласат фононите. Откако биле доволно порамнети, нивното заедничко движење довело до појава на орбитален тек кај електроните, ефект што тимот го нарекува орбитален Зеебеков ефект.
За да го детектираат овој процес, научниците поставиле слоеви од метали како волфрам и титаниум врз кварцот. Со таква конфигурација, скриеното орбитално движење било претворено во електричен сигнал што може директно да се измери. Дополнително, во лабораториски услови биле забележани и внатрешни магнетни ефекти што ги создаваат самите хирални фонони во кварцот, иако материјалот по природа не е магнетен.
Значењето на откритието е во тоа што кварцот е лесен, евтин и широко достапен материјал. Авторите наведуваат дека сличен пристап би можел да се примени и кај други хирални материјали, како телур, селен и одредени хибридни перовскити. Тоа ја зголемува можноста орбитрониката да излезе од рамките на лабораториска физика и да добие реална технолошка примена.
Доколку идните истражувања го потврдат потенцијалот на оваа метода, резултатот би можел да бидат побрзи и поенергетски ефикасни електронски компоненти. Засега не станува збор за технологија подготвена за непосредна комерцијална употреба, но откритието нуди нов физички механизам за контрола на електроните и отвора простор за развој на нова генерација компјутерски уреди.
Студијата е објавена во списанието Nature Physics.
