Перша реалізація спінового ефекту Холла є кроком до подальшого розвитку спінтроніки та атомотроники
Вчені-фізики вперше в історії науки продемонстрували новий спосіб управління обертання атомів, досягнення, яке може стати основою для створення нових типів спинтронных і атомотронных пристроїв, що складаються з електронних схем, які для перенесення і обробки інформації використовують не електричні заряди, а обертання електронів або атомів. Крім цього, нові принципи управління спіном можуть бути використані у створенні нових високочутливих датчиків і наукових приладів, які допоможуть вченим глибше проникнути в таємниці фундаментальної фізики.
Управління обертанням електронів і атомом не є чимось абсолютно новим, вже досить давно вчені можуть за допомогою світла лазера змусити атоми обертатися або змінити напрямок свого обертання. Але нинішнє досягнення примітно тим, що вченим вдалося виконати всі маніпуляції з обертанням атомів конденсату Бозе-Ейнштейна, в сверхохлажденном газі, що складається з атомів важких елементів, який демонструє дивовижні фізичні та квантові властивості.
Дослідницька група, що складається з учених Об'єднаного квантового інституту (Joint Quantum Institute), Національного інституту стандартів і технологій (National Institute for Standards and Technology, NIST) і університету Меріленда, використовуючи світло кількох лазерів, зловили атоми рубідію в пастку всередині вакуумної камери. Атоми рубідію сформували крихітне хмара, розміром близько 10 мікрон, що приблизно в 10 разів більше розмірів бактерій. Після цього атомна хмара було охолоджено до температури в кілька мільярдних часток градуса вище абсолютного нуля.
Охолодивши атоми до надзвичайно низької температури, вчені отримали конденсат Бозе-Ейнштейна, спеціальне газоподібний стан матерії, в якій всі атоми знаходяться в найнижчому енергетичному квантово-механічному стані. У цьому стані атоми обертаються впорядковано, в одній площині та в одному напрямку. Таким чином, всі хмара конденсату Бозе-Ейнштейна демонструє квантові властивості, що проявляються у звичайних умовах тільки на рівні окремих атомів.
Крім того, сверхохлажденные атоми легше відстежувати і вимірювати їх характеристики, адже вони рухаються відносно повільно. При нормальній температурі атоми рухаються набагато швидше і для проведення експериментів потрібно установка набагато більших розмірів.
Завершивши створення конденсату Бозе-Ейнштейна дослідники "штовхнули" атоми конденсату з допомогою світла набору лазерів. Цей маленький поштовх змусив атоми коливатися, а в цей час дослідники проводили спостереження за атомами з різними моментами обертання. Вони помітили, що всередині хмари охолоджених атомів мало місце явище магнітного самовирівнювання, одні атоми перемістилися в один бік, інші - в іншу, в залежності від напрямку обертання.
Такий рух називають спіновою ефектом Холла. Цей ефект впливає на частинки, що обертаються в різних напрямках, але в одній площині, коли через них протікає електричний струм. Під впливом цього струму частинки, які можуть бути як електронами, так і атомами, переміщаються в напрямку, перпендикулярному напрямку. Поширення електричного струму.
Спінові ефекти Холла були виявлені в різних твердих матеріалах, зокрема в напівпровідниках, що широко використовується для виробництва датчиків магнітного поля, відомих всім під назвою "датчики Холу". Але в описуваних дослідженнях ефект Холла був отриманий з використанням конденсату Бозе-Ейнштейна. Викликаючи вплив ефекту Холла на атоми рубідію, дослідники продемонстрували, що вони можуть керувати обертанням атомів і їх переміщенням з допомогою лазерного світла.
В теорії, такий пристрій може вважатися транзистором, керуючим обертанням атома, атомотронным пристроєм, який може служити елементарною одиницею схем, передавальних і обробляють інформацію, представлену у вигляді напрямку обертання атомів. На жаль, такий підхід не може бути використаний для створення логічних елементів квантового комп'ютера. Але для вчених використання спінового ефекту Холла миє стати тим вікном, через яке вони зможуть вивчити поведінку складних квантових систем і отримати знання, які пізніше вже можна буде застосувати на практиці.