Praha - Zvláštní magnetické vlastnosti, které při vysokém tlaku vykazují krystaly jodidu chromitého, objevil tým s českou účastí. Krystaly v určité fázi ztrácí obvyklou strukturu a přecházejí do chaotického uspořádání tzv. spinového skla. Objev by v budoucnu mohl pomoci se zvýšením operační paměti počítačů, uvedli zástupci Akademie věd ČR v tiskové zprávě. Studii publikoval časopis Physical Review B.

Rychlost a výkonnost počítačů a dalších elektronických zařízení je závislá na operační paměti RAM. Podle expertů však materiály používané v paměťových zařízeních, třeba křemík, už dosáhly svých limitů pro další zmenšování a zrychlování. Vědci proto zkoumají dvourozměrné, tzv. 2D, materiály, jejichž vlastnosti ještě nejsou dost známé.

K 2D materiálům patří i jodid chromitý. Jeho strukturu tvoří izolované vrstvy obsahující atomy chromu a jódu s tloušťkou zhruba jeden nanometr. Tým se pustil do výzkumu monokrystalů jodidu chromitého za použití různého tlaku a teploty. "Krystal jodidu chromitého jsme podrobili vysokému tlaku, 20 gigapascalů a více, a změny magnetického stavu jsme sledovali Ramanovým spektrometrem,“ popsal postup Haider Golam z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV.

Vědci zjistili, že při tlaku do 22 gigapascalů se materiál choval jako feromagnet a při tlaku nad 30 gigapascalů jako antiferomagnet. V rozmezí tlaku od 22 do 30 gigapascalů a při nízké teplotě však začal vykazovat exotické vlastnosti spojované s tzv. spinovým sklem.

"Kvantová spinová kapalina je exotický stav hmoty, který popisuje tzv. nikdy nemrznoucí magnet," sdělil ČTK spoluator výzkumu Martin Kalbáč z téhož ústavu. "V běžně známých magnetech, když teplota klesne pod kritickou teplotu, se spiny elektronů periodicky uspořádají do mřížky krystalu, který pak vykazuje charakteristické magnetické vlastnosti. V kvantové spinové kapalině jsou spiny elektronů stále v pohybu, jako molekuly v kapalinách, a to i při extrémně nízkých teplotách v důsledku spinového provázání na dlouhé vzdálenosti. Tento předpovězený magnetický stav je slibný pro navrhování lepších kvantových materiálů a technologií, které znamenají mnohem více než pouhé zvýšení kapacity RAM," popsal vědec.

Podle Kalbáče by kvantové spinové kapaliny mohly být klíčem k vytvoření robustních kvantových bitů, u kterých se očekává, že budou odolné vůči vnějšímu rušení. "Pozorování takových exotických stavů ve dvourozměrných materiálech má ještě další výhodu, a to výrazné snížení rozměrů zařízení ve srovnání se zařízeními na bázi klasických objemových materiálů," dodal.

Na výzkumu vhodných 2D kvantových materiálů tým podle Kalbáče pracuje asi dva roky. Sdělil, že dalším cílem je důkladněji prozkoumat zmíněný exotický magnetický stav a navrhnout systém pro dosažení provázaných kvantových stavů bez nutnosti vytvářet extrémní podmínky, jako je velmi vysoký tlak.

Na studii s vědci z AV ČR a Univerzity Karlovy spolupracovali také experti ze Švédska, Německa, Ruska, Japonska a Saúdské Arábie.