Vědci z TU Delft (Nizozemsko) poprvé pozorovali kvantové spinové proudy v grafenu bez použití vnějšího magnetického pole. Tento objev má představovat důležitý krok k technologiím, jako jsou kvantové počítače a pokročilá paměťová zařízení.
Kvantový spinový Hallův jev (QSH) v grafenu znamená, že se elektrony pohybují podél okrajů materiálu bez jakéhokoli narušení, přičemž všechny jejich spiny míří stejným směrem. „Vytvoření kvantových spinových proudů v grafenu dosud vždy vyžadovalo velká vnější magnetická pole, která je prakticky nemožné integrovat do čipu. To, že nyní dokážeme vytvořit kvantové spinové proudy bez nutnosti použití vnějších magnetických polí, nám tedy otevírá cestu k budoucím aplikacím těchto kvantových spintronických zařízení,“ uvedla hlavní autorka práce Talieh Ghiasi z Delft University of Technology.
Vědci dokázali obejít potřebu vnějších polí tím, že grafen navrstvili na magnetický materiál, sloučeninu chrómu, fosforu a síry CrPS4. Tato magnetická vrstva výrazně změnila elektronické vlastnosti grafenu, čímž se v grafenu vytvořil jev QSH. Přenos spinu v grafenu byl modifikován sousedící vrstvou CrPS4 tak, že tok elektronů začal záviset na směru jejich spinu.
Kvantové spinové proudy, které vědci detekovali ve stohované struktuře grafen-CrPS4, jsou „topologicky“ chráněné, což znamená, že spinový signál se pohybuje neporušený na vzdálenosti desítek mikrometrů, aniž by se v obvodu ztratila spinová informace. „Tyto topologicky chráněné spinové proudy jsou odolné vůči poruchám a defektům, takže spolehlivě fungují i v nedokonalých podmínkách,“ říká T. Ghiasi. Zachování spinového signálu bez ztráty informace je pro budování spintronických obvodů klíčové.
Objev tak otevírá cestu k ultratenkým spintronickým obvodům na bázi grafenu, což slibuje pokrok v paměťových a výpočetních technologiích příští generace. Pozorované spinové proudy v grafenu nabízejí novou účinnou cestu pro efektivní a koherentní přenos kvantové informace prostřednictvím spinů elektronů. Tato robustní spintronická zařízení by mohla sloužit jako základní stavební kameny v kvantové výpočetní technice a plynule propojovat qubity v rámci kvantových obvodů.
Talieh S. Ghiasi et al, Quantum spin Hall effect in magnetic graphene, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60377-1
Zdroj: Delft University of Technology / Phys.org, přeloženo / zkráceno
