Создан стабильный изолированный квантовый спин на тонкой плёнке, нанесённой на магнитную поверхность

Изолированный спин — это отдельный спин, защищённый от внешних взаимодействий. Поскольку изолированные спины могут сохранять своё состояние в течение длительного времени, они идеально подходят для использования в качестве кубитов — базовых единиц квантовых вычислений — и для сверхбыстрой спинтроник-памяти.

Исследовательская группа под руководством доцента Тойо Кадзу Ямады из Высшей инженерной школы Университета Тиба, Япония, совершила прорыв в науке, впервые продемонстрировав изолированные спины на изолирующей твёрдой поверхности, расположенной над магнитной подложкой. «В этом исследовании мы успешно реализовали изолированные спины на изолирующей поверхности оксида магния (MgO), расположенной на подложке из ферромагнитного железа — Fe(001)», — объясняет доктор Ямада. «Поскольку на изолирующих поверхностях нет электронов проводимости, квантовые спины могут оставаться более стабильными. Кроме того, структура MgO/Fe(001), которую мы использовали, уже широко применяется в спинтронике, что делает наш подход весьма доступным».  — Уникальной особенностью нашей конструкции является использование подложки из ферромагнитного железа. В то время как магнитная поверхность обычно взаимодействует с изолированным спином и изменяет его состояние, изолирующий слой между подложкой и молекулой CuPc предотвращает прямое взаимодействие, сохраняя стабильность спина».

Чтобы подтвердить наличие изолированных спинов, они провели сканирующую туннельную спектроскопию изготовленного образца и искали запрещённую зону. Поскольку в MgO нет электронов проводимости, они изначально не ожидали появления запрещённой зоны. Однако при тщательном исследовании они чётко обнаружили запрещённую зону, которая возникла в результате непрямой связи изолированных спинов и электронов проводимости в подложке Fe(001) через поверхность MgO. Это говорит о том, что изолирующие плёнки могут способствовать образованию изолированных спинов даже на ферромагнитных веществах. Интересно, что ZBP также появился на поверхности MgO за пределами CuPc, чего не происходит на поверхностях из благородных металлов.

«Наше исследование является выдающимся достижением в области изучения изолированных спинов», — отмечает доктор Ямада. «Поскольку поверхность MgO/Fe(001) уже широко используется в устройствах с туннельным магнитосопротивлением, наши результаты позволяют предположить, что кубиты можно будет интегрировать с помощью существующих методов изготовления тонкоплёночных устройств».