Изучение свойств спина стало темой пилотного российско-германского проекта в области квантовой физики.
Темой очередного Science-ланча СПбГУ стала презентация первого международного научного центра (International Collaborative Research Centre), созданного Санкт-Петербургским государственным университетом, Физико-техническим институтом имени Иоффе, а также немецкими университетами Дортмунда, Бохума и Падерборна. Изучение свойств спинов — крохотных магнитных моментов элементарных частиц — является одной из важнейших задач современной квантовой физики. По словам профессора Университета Саутгемптона, руководителя лаборатории оптики спина им. И. Н. Уральцева СПбГУ Алексея Кавокина, сейчас этой темой занимаются практически во всех ведущих научных державах мира — США, Япония, Франция, Китай и другие страны работают над изучением физики спина. На спиновые технологии возлагаются большие надежды, хотя гарантии успеха никто пока что не дает. В том случае, если ученые научатся управлять спинами так же эффективно, как сейчас умеют управлять электрическими зарядами, в мире произойдет научно-техническая революция, сравнить которую можно с появлением компьютеров и интернета.
Спин — это фундаментальная характеристика элементарной частицы, означающая, что частица как будто бы вращается вокруг своей оси и имеет собственный магнитный момент (от англ. spin — вращаться). «Если просто смешать вместе много таких магнитов, они не станут одним большим. Но если спины упорядочить, то они станут носителями и передатчиками информации. В кристаллической решетке спины могут двигаться, и благодаря этому возможно создание технологии, которая позволит передавать информацию со скоростью, близкой к скорости света, — намного быстрее, чем по металлическому проводу. Таким образом, можно будет передавать информацию с огромной скоростью и с минимальными потерями», — объяснил перспективы Алексей Кавокин.
Что же изменится в нашей жизни, если ученым удастся приручить спин? «Наши технологии, связанные с передачей информации через спин, возможно, сумеют существенно уменьшить тепловые потери. Чипы станут еще меньше, а компьютеры станут работать еще быстрее. Это "еще" не пощупаешь, но если задуматься, что до 5 % всей производимой человечеством энергии уходит на обеспечение интернета, то можно понять, что технология передачи информации без выделения тепла в окружающую среду может дать многомиллиардную экономию», — рассказал Алексей Кавокин о том, почему физика спина сейчас настолько важна.
Особо ученые отметили тот факт, что работа над таким масштабным и долгосрочным проектом (пока что речь идет о финансировании на 12 ближайших лет) начинается в столь политически и экономически сложное время. «Фундаментальная наука — это то, что объединяет мир», — сказал Алексей Кавокин. А его коллега, профессор Манфред Байер, добавил, что ученые должны рассказывать о своих исследованиях не только специалистам, чтобы люди понимали, на что именно расходуются государственные средства.
Большую часть финансового обеспечения проекта взяла на себя немецкая сторона в лице Германского научного общества (DFG), и сумма составляет 8,1 млн евро на первый четырехлетний период. Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) в свою очередь выделяет около 100 тысяч евро в год. Однако, учитывая интеллектуальный вклад и материально-техническую базу, которая есть в российских лабораториях СПбГУ и Физико-технического института им. Иоффе, можно говорить о том, что немецкая и российская сторона участвуют в проекте на равных.
Справка:
Алексей Витальевич Кавокин, 2011 года руководитель лаборатории оптики спина им. И. Н. Уральцева, открытой в СПбГУ при поддержке мегагранта правительства РФ, профессор Университета Саутгемптона (Великобритания).
Манфред Байер — профессор Технического университета Дортмунда, заведующий кафедрой экспериментальной физики. С 2013 года руководит проектом «Гибридная СпинОптроника: функциональные возможности спина в полупроводниковых наноструктурах и гибридах полупроводник/металл: оптическое, микроволновое и электрическое управление спинами» Физико-технического института им. Иоффе РАН.