Une étude de l'Université polytechnique de Tomsk révèle comment les tourbillons topologiques trouvés dans les matériaux de faible dimension peuvent être à la fois déplacés et effacés et restaurés à nouveau par le champ électrique dans les nanoparticules. Cela peut ouvrir des opportunités intéressantes pour les dispositifs de mémoire ou les ordinateurs quantiques dans lesquels les informations seront cryptées dans les caractéristiques des vortex topologiques.

Des scientifiques de TPU et des collaborateurs internationaux ont découvert une auto-organisation inhabituelle des atomes dans le volume des nanoparticules et ont appris à la contrôler via un champ électrique. De telles nanoparticules contrôlées peuvent être utilisées pour générer une mémoire vive non volatile (NRAM), ordinateurs quantiques et autres appareils électroniques de nouvelle génération.

L'auteur principal est Dmitriy Karpov, ingénieur du Département de Physique Générale, TPU, qui explique que dans la science des matériaux moderne, les défauts de la matière se divisent en deux grands groupes. Le premier groupe comprend le classique, défauts bien étudiés, quand les atomes de la matière sont désordonnés mécaniquement, c'est à dire., les atomes sont soit retirés, soit insérés dans le réseau. Dans l'autre groupe, l'organisation spatiale du réseau lui-même change et de tels défauts sont appelés topologiques.

Les défauts topologiques peuvent fortement influencer la matière, le rendre superfluide ou supraconducteur, et donc, il est très important de les étudier. Les défauts topologiques ne peuvent être trouvés que dans les matériaux de faible dimension - nanotiges et nanofilms bidimensionnels (seulement quelques atomes d'épaisseur) et nanodots ou nanoparticules unidimensionnelles, qui sont des particules sphériques constituées de plusieurs dizaines ou centaines d'atomes identiques.

"L'un des défauts topologiques importants est un vortex topologique qui ressemble à une torsion discernable causée par un petit déplacement de tous les atomes. Le noyau du vortex est un nanobrin qui peut être à la fois déplacé par le champ, et effacé et restauré à nouveau au sein des nanoparticules, " explique Edwin Fohtung, Professeur du Laboratoire national de Los Alamos et de l'Université d'État du Nouveau-Mexique.

Les scientifiques ont étudié des nanoparticules de titanate de baryum dont la structure interne a été visualisée à l'aide d'un rayonnement X pénétrant du synchrotron Advanced Photon Source (Chicago, ETATS-UNIS). Ils ont obtenu une image du volume de nanoparticules avec une résolution de 18 nanomètres, ce qui leur a permis d'analyser les moindres changements dans la structure. Par conséquent, les chercheurs ont montré qu'un champ électrique externe peut déplacer le noyau du vortex topologique à l'intérieur de la nanoparticule, et quand le champ est supprimé, il revient à sa position initiale.

Les composants électroniques modernes deviennent progressivement plus petits. Cela peut influencer considérablement l'efficacité des appareils, qui sera considérablement réduite en raison des effets quantiques. Une façon de contourner ces limitations est d'utiliser des vortex topologiques. Ainsi, ils peuvent être utilisés pour générer de la NRAM haute densité ou des ordinateurs quantiques dans lesquels les informations seront cryptées dans les caractéristiques des vortex topologiques.

"En tout, la possibilité de contrôler et d'ajuster les tourbillons topologiques dans les nanoparticules est importante pour la création de nouvelles électroniques, " conclut Dmitriy Karpov.