دانشمندانی که در رویای کوچک کردن کامپیوترها تا مقیاس نانو به سر می‌برند، به دنبال اسپین اتمی به‌عنوان یک واحد ساختاری ممکن برای پردازشگرها و حافظه‌ها هستند. تاکنون تعیین اسپین یک اتم که فقط اندازه‌گیری آن را ممکن می‌سازد یکی از مشکلات پیش رو بوده‌است. همینک، فیزیک‌دانان دانشگاه برکلی کالیفرنیا در اندازه‌گیری اسپین یک اتم منفرد به موفقیت‌هایی رسیده‌اند که با این حرکت گامی به کامپیوترهای کوانتومی و ابزارهای spintronic ساخته‌شده از ترانزیستورهای مبتنی بر اسپین اتمی در مقیاس نانو نزدیک‌تر شده‌اند.
اندازه‌گیری اسپین اتمی، گامی به‌سوی تجهیزات spintronic
دانشمندانی که در رویای کوچک کردن کامپیوترها تا مقیاس نانو به سر می‌برند، به
دنبال اسپین اتمی به‌عنوان یک واحد ساختاری ممکن برای پردازشگرها و حافظه‌ها هستند.
تاکنون تعیین اسپین یک اتم که فقط اندازه‌گیری آن را ممکن می‌سازد یکی از مشکلات
پیش رو بوده‌است.
همینک، فیزیک‌دانان دانشگاه برکلی کالیفرنیا در اندازه‌گیری اسپین یک اتم منفرد به
موفقیت‌هایی رسیده‌اند که با این حرکت گامی به کامپیوترهای کوانتومی و ابزارهای
spintronic ساخته‌شده از ترانزیستورهای مبتنی بر اسپین اتمی در مقیاس نانو نزدیک‌تر
شده‌اند.
Michael F Crommie ، استاد فیزیک دانشگاه برکلی، می‌گوید:” از نظر فنی، این دستاورد
قابلیت جدیدی را برای مهندسانی که نانوساختارهایی در اندازه فقط یک اتم منفرد با
اسپین پلاریزه را ساخته و اندازه‌گیری می‌کنند، تشریح می‌کند. اکنون که من می‌توانم
اسپین یک اتم را ببینم می‌توانم بپرسم چه کاری می‌توان با این اسپین اتمی انجام داد؟
آیا می‌توان آن را دستکاری کرد؟ آیا می‌توان از آن استفاده کرد و یا آن را تغییر
داد؟ این به این معنی است که هم‌اکنون ما می‌توانیم شروع به ترکیب کردن آن با
ساختارهای دیگر کنیم. وی و همکارانش در دانشگاه برکلی و مرکز علوم محاسبات
مواد(CCMS) در آزمایشگاه تحقیقاتی Naval در واشنگتن، موفقیت اخیر خود را در مجله
Physical Review Letters منتشر کردند.
در هسته کامپیوترهای دیجیتالی امروزی، میلیاردها مدار ترانزیستوری بسیار کوچک وجود
دارد و از آنجایی که آنها می‌توانند فقط در دو حالت وجود داشته باشند، برای نمایش
ارقام دوتایی یا بایت‌های صفر و یک ـ که اساس عملکرد کامپیوترهای فعلی است ـ
استفاده می‌شوند
همچنان که پژوهشگران به دنبال کاهش اندازه کامپیوترهای دیجیتالی هستند، بر روی
نانوموادی که بتوانند به‌صورت دیجیتالی ایفای نقش کنند نیز تحقیق می‌کنند؛ یکی از
این مواد، اتم‌های منفردی هستند که الکترون جفت‌نشده بیرونی آنها می‌تواند یکی از
دو حالت اسپینی را(بالا یا پایین) داشته باشد.
هر چند پژوهشگران قبلی قادر بودند تا پلاریزاسیون اسپین یک اتم موجود در یک سطح یا
یک فیلم نازک را در جایی که اتمها کنار یکدیگر چیده شده و اسپین‌ها در یک آرایش
منظم هستند، استنباط کنند؛ اما تاکنون هیچ کدام قادر به اندازه‌گیری مستقیم
پلاریزاسیون اسپین یک آداتم منحصربه‌فرد نبودند.
یا با به‌کارگیری یک روش نسبتاً جدید تحت عنوان Spin-Polarized Scanning Tunneling
Microscopy ، آنها قادرند تا اسپین آداتم‌های مجزا را ـ که در بالای این نانوجزایر
کبالتی قرار گرفته بودند ـ تعیین کند. این جزایر مغناطیسی، نانومغناطیس‌های بسیار
کوچک هستند؛ اما از چشم‌انداز یک اتم منفرد، به اندازه فرومغناطیس‌های تثبیت‌شده
بزرگ هستند.
Crommie می‌گوید:” ما اتم‌های منحصربه‌فرد را انتخاب کردیم و آنها را با این
مغناطیس‌های بزرگ جفت کردیم؛ بدین ترتیب توانستیم برای اسپین یک اتم را تثبیت کنیم.
Crommie و همکارانش درCCMS محاسبه کردند که در چنین وضعی، اتم‌های آهن یک حالت
اسپینی موازی با اسپین‌های اتمها در جزایر کبالت را به خود می‌گیرند، در حالی که
اتم‌های کرم، یک حالت اسپینی غیر موازی را به خود می‌گیرند.
چگونگی جفت شدن اسپین‌ها با یکدیگر سؤال مهمی برای یک کامپیوتر کوانتومی است؛ زیرا
در عمل، اسپین یک اتم به‌طور مکانیک کوانتومی با اسپین اتم‌های دیگر درگیر شده و
حتی در برخی از انواع محاسبات دستکاری و پس از آن ببرای حصول نتیجه از هم جدا می‌شوند.
درک چنین برهمکنش‌هایی در ابزارهای spintronic که از اسپین اتمها برای کنترل جریان
الکترون‌هایی با اسپین پلاریزه در یک مدار استفاده می‌شود، بسیار مهم است.
محققان هنوز به‌طور آشکار در یک رژیم مفید برای محاسبات کوانتومی نیستند؛ زیرا
اسپین‌هایی که در جستجوی آن هستند به‌طور بسیار محکمی با محیط جفت شده‌اند. با این
وصف، این اندازه‌گیری بسیار مفید است زیرا نشان می‌دهد می‌توان اسپین این اتمها را
مشاهده کرد و به درک فیزیکی چگونگی تأثیر پذیرفتن سطح از اسپین اتم‌های منحصربه‌فرد
پرداخت.
