节能电子驱动器的关键发展

科学家在新一代电子产品的开发方面取得了突破，它将需要更少的功率和更少的热量。

它涉及利用电子的复杂量子特性-在这种情况下，是电子的自旋态。

由利兹大学的一组物理学家领导的研究人员在世界上首屈一指，在《科学进展》杂志上宣布，他们已经创建了一个能够产生并保持电子自旋态的“自旋电容器”。持续几个小时。

先前的尝试仅将旋转状态保持了不到一秒钟的时间。

在电子产品中，电容器以电荷形式保存能量。自旋电容器是该想法的一种变体：它不仅保存电荷，还存储一组电子的自旋状态-实际上，它“冻结”了每个电子的自旋位置。

捕获自旋状态的能力打开了开发新设备的可能性，这种新设备可以高效地存储信息，从而使存储设备变得非常小。仅一平方英寸的自旋电容器可以存储100 TB的数据。

负责这项研究的物理与天文学学院副教授Oscar Cespedes博士说：“这是一个很小但重要的突破，它可能会因利用量子技术原理而推动电子学的一场革命。

“目前，诸如计算机或移动电话之类的电子设备中使用的能量中，有多达70%会以热量的形式损失，这是电子通过设备电路中流动产生的能量。这导致了巨大的效率低下并限制了当前技术的功能和可持续性。互联网的碳足迹已经与航空旅行相似，并且逐年增加。

“有了使用光和生态友好元素的量子效应，就不会产生热量损失。这意味着当前技术的性能可以继续以更有效和可持续的方式发展，而所需的功率要少得多。”

主要作者之一马修·罗杰斯(Matthew Rogers)博士也来自利兹，他评论说：“我们的研究表明，未来的设备可能不必依赖于硬盘，而是使用光驱动的自旋电容器。会使它们变得非常快，或者受到电场的影响，这将使其非常节能。

“这是一个令人兴奋的突破。量子物理学在电子学中的应用将产生出新颖的设备。”

自旋电容器如何工作

在常规计算中，信息被编码并存储为一系列位：例如，硬盘上的零和一。这些零和一可以通过磁盘上微小磁化区域的极性变化来表示或存储在硬盘上。

利用量子技术，自旋电容器可以利用光或电场来写入和读取编码为电子自旋态的信息。

该研究团队能够通过使用一种先进的材料界面来开发自旋电容器，该界面由一种称为buckminsterfullerene(巴基球)，氧化锰和钴磁性电极的碳制成。纳米碳与氧化物之间的界面能够捕获电子的自旋态。

通过在磁性电极存在下利用布基球中的碳原子与金属氧化物之间的相互作用，延长了自旋态衰变所需的时间。

一些世界上最先进的实验设备被用作调查的一部分。

研究人员在巴塞罗那使用了ALBA同步加速器，该同步加速器使用电子加速器产生同步加速器光，从而使科学家能够可视化物质的原子结构并研究其性质。瑞士Paul Scherrer Insitute的低能μ子自旋光谱仪用于监测样品内部十亿分之一米内光和电辐射下的局部自旋变化。介子是亚原子粒子。

实验分析的结果是在英国科学技术设施委员会的计算机科学家的协助下进行解释的，该委员会是英国最强大的超级计算机之一。

科学家们相信，他们所取得的进步是可以建立的，尤其是能够长时间保持旋转状态的设备。

这项研究合作涉及利兹大学，西班牙巴塞罗那的ALBA同步加速器，瑞士的Paul Scherrer研究所。英国的科学技术设施委员会和圣安德鲁斯大学。博士主要作者是利兹的蒂姆·摩尔森(Tim Moorsom)和马修·罗杰斯(Matthew Rogers)。