Исследовательское подразделение корпорации IBM разработало новую технику, позволяющую видеть, записывать и изучать поведение атомов в реальном времени. В будущем это может позволить создавать электронные чипы наномасштаба, а устройства, созданные на их базе будут компактными, но в то же время производительными.

Запись поведения атомов в реальном времени до сих пор была невозможна, однако новая методика позволяет ученым лучше понимать небольшие структуры, а также лучше понимать процессы в атомарных масштабах, говорит Андреас Хайнрих, исследователь подразделения IBM Research.

По его словам, новое открытие позволит ученым лучше понимать, как долго атомы могут сохранять информацию, а это позволит уточнить свойства будущих наночипов для обработки информации. Хайнрих говорит, что все процессы в мире атомов длятся считанные наносекунды и если понять поведение атомов за это время, то можно создавать значительно более эффективные устройства для хранения и обработки данных, а также в разы более эффективные солнечные панели для генерации электроэнергии.

С точки зрения солнечной энергии, новое открытие позволяет в реальном времени наблюдать превращение протонов в отрицательно заряженные электроны. Также исследователи надеются понять магнитную активность атомов, что позволит создавать значительно более эффективные устройства хранения. "Пока вы не можете видеть, как в реальности происходят некоторые вещи, вам довольно сложно создавать устройства, работающие за счет этих вещей", – говорит ученый.

В прошлом исследователи могли измерять различные состояния атомов по косвенным признакам, что не позволяло отслеживать динамические изменения в наномасштабе.

В основе новой техники лежат некоторые улучшения в технологию микроскопирования STM (scanning tunneling microscope). STM-микроскопы можно приблизительно сравнить со сверхбыстрыми видеокамерами, которые способны записывать поведение атомов вещества за небольшие промежутки времени и на заданной площади. Микроскоп делает несколько последовательных снимков, из которых в дальнейшем делается последовательная видеозапись. Особенно высока эффективность STM-микроскопов в исследовании намагниченных атомов, которые через заданные промежутки времени испускают электрическое напряжение.

В корпорации рассказывают, что STM применяют здесь уже более 20 лет, но лишь недавно в метод были внесены некоторые улучшения, позволяющие фиксировать события в реальном времени. "Все сделанные нами изменения были проведены не в микроскопе, а во вспомогательном оборудовании, поэтому мы ожидаем, что новые разработки будут активно использоваться нашими коллегами по всему миру", – говорит Хайнрих.

Новая техника также может быть использована и в улучшении понимания того, как проходят основные моменты, связанные с квантовыми вычислениями. В основе квантовых компьютеров находится квантовые биты или кубиты, которые подчиняются только законам квантовой механики. Эти законы, в свою очередь, справедливы только для атомных и субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны.

В IBM говорят, что новая методика позволяет очень точно отслеживать положения кубитов и экспериментировать с ними за счет удержания кубитов в магнитных полях. В итоге ученые надеются научиться управлять несколькими кубитами одновременно, что открывает путь к сверхмощным квантовым компьютерам. "IBM хотела бы расширить границы существующих технологий за счет фундаментального понимания процессов, происходящих в атомах и вокруг них. Для этого нам было необходимо научиться видеть в масштабах одного или нескольких атомов", – говорит Хайнрих.

Источник