חוקרים משווייץ הצליחו ליצור חומר שאפשר לשלוט בו בקלות יחסית ב"ספין" של האלקטרונים, וכך ליצור מצבים שעשויים להתאים לחישובים קוונטיים
חוקרים ממכוני המחקר PSI ו-EPSL בשווייץ הצליחו ליצור חומר עם תכונות ייחודיות, שהופכות אותו למועמד אידיאלי ליישומי ספינטרוניקה ולפיתוח מחשבים קוונטיים בעתיד.
לאלקטרונים בחומר יש תכונות רבות. האלקטרוניקה משתמשת במטען החשמלי השלילי שלהם כדי להעביר מידע באמצעות הזרם החשמלי, שהוא בעצם זרם של אלקטרונים. כשמפעילים את הזרם ומכבים אותו אפשר לייצג כך את הספרות "0" ו-"1", ועל ידי זה לבצע חישובים בינאריים.
תכונה אחרת שאפשר לכאורה להשתמש בה במחשבים היא הספין (סחרור) המגנטי של האלקטרון. האלקטרון מתנהג למעשה כמעין מגנט קוונטי קטן והתכונות שלו מזכירות את אלה של חלקיק טעון מסתובב (ומכאן שמו - ספין). כשכיוון הספין הוא כלפי מעלה (הקוטב הצפוני של המגנט מצביע למעלה), אפשר להשתמש בו כדי לייצג למשל את הספרה "0", ואם כיוון הספין הוא כלפי מטה (הקוטב הדרומי של המגנט מצביע למעלה), הוא יוכל לייצג את הספרה "1".
שימוש כזה בספין האלקטרון נקרא "ספינטרוניקה", כשם ש"אלקטרוניקה" היא שימוש במטענו של האלקטרון. אבל בשונה מאלקטרוניקה, לשימוש בספין יש יתרון נוסף: אפשר לקבע אותו בקלות יחסית במצב שבו הספין מצביע "למעלה" ו"למטה" בו זמנית, שנקרא "סופרפוזיציה קוונטית". התכונה הזאת מאפשרת להשתמש בו כספרה בינארית קוונטית, שהיא אבן הבניין של המחשוב הקוונטי. חומר שנוכל לשלוט באופן אמין ופשוט בספין האלקטרוני שלו יהיה מועמד אידאלי ליישומי ספינטרוניקה ומחשוב קוונטי.
במאמר בכתב העת Nature Communications מתארים החוקרים תהליך של יצירת חומר חדש על בסיס גרמניום-טלוריד ומנגן, שבו חלק מאטומי הגרמניום מוחלפים באטומי מנגן, שהם מגנטיים מטבעם. הוספת אטומי המנגן יוצרת חומר שנוצר בו קיטוב מגנטי בלי צורך בהפעלת שדה מגנטי חיצוני – בדומה למגנטים רגילים. הקיטוב המגנטי הזה נוצר משום שמצב הספין האלקטרוני המועדף בחומר הוא זה שבו רוב האלקטרונים מצביעים מגנטית לאותו כיוון.
בחומר המקורי, גרמניום-טלוריד, יש קיטוב חשמלי ספונטני, ללא הפעלת שדה חשמלי חיצוני. החומר כולו נייטרלי ומספר המטענים השליליים בו שווה למספר המטענים החיוביים, אבל המטענים השליליים בחומר, כלומר האלקטרונים, נוטים להתרכז באזור מסוים של החומר וכך נוצר הקיטוב.
החוקרים יצרו חומר שאפשר לשלוט בו בסוג הקיטוב האחד על ידי שינוי בסוג הקיטוב האחר. במאמר הם הדגימו איך הפעלת שדה מגנטי השפיעה על הקיטוב החשמלי של החומר, ואפיינו את חוזקן ואופיין של האינטרקציות בין הספין האלקטרוני, הקיטוב החשמלי בחומר, והשדות החשמליים והמגנטיים שבהם שלטו החוקרים. החומר החדש שנוצר אפשר להם לשלוט על הספין האלקטרוני באמצעות שדה חשמלי, ולכן יכול להיות מועמד אידיאלי ליישומי ספינטרוניקה ומחשוב קוונטי.
