کشف حالت کوانتومی جدید می‌تواند مسیر اوربیترونیک را تغییر دهد
نوع جدیدی از جرم کوانتومی شناسایی شده که می‌تواند حوزه نوظهور اوربیترونیک را متحول سازد. اوربیترونیک از حالت‌های کوانتومی چرخشی الک‌ترون‌ها برای ساخت دستگاه‌های محاسباتی نسل بعد بهره می‌برد که سریع‌تر، کارآمد‌تر و با مصرف انرژی بسیار پایین‌تر عمل می‌کنند.
به نقل از ادونسد ساینس نیوز، اوربیترونیک به عنوان جانشینی بالقوه برای الک‌ترونیک سنتی در نظر گرفته می‌شود که در آن داده‌ها با کنترل جریان‌های الک‌تریکی در ترانزیستور‌ها ذخیره، منتقل و تنظیم می‌گردند. اگرچه اندازه ترانزیستور‌ها به مقیاس اتمی نزدیک شده تا اجزای بیش‌تری در سیستم‌های رایانه‌ای جای یابند، اما در نهایت محدودیتی وجود دارد که کوچک‌تر شدن ترانزیستور‌ها را غیر‌ممکن می‌سازد.
از منظر دیگر، اوربیترونیک با رمزگذاری اطلاعات در حرکت چرخشی الک‌ترون‌ها در حین دور زدن هسته خود، یک جایگزین امیدوارکننده ارائه می‌دهد. با این حال، دستیابی به این هدف در عمل دشوار است. در اکثر مواد، الک‌ترون‌ها به دور هسته‌های خود در جهت‌های متضاد می‌چرخند و تکانه زاویه‌ای مداری جمعی آن‌ها را خنثی می‌کنند. حتی وقتی می‌دان‌های الک‌ترومغناطیسی برای ایجاد تکانه مداری خالص به کار می‌روند، الگو‌های حاصل معمولا ناپایدارند و کنترل آن‌ها چالش‌برانگیز است.
آنچه در این میان وجود ندارد، یک پیکر‌بندی قوی و پایدار به نام تک‌قطبی تکانه زاویه‌ای مداری است؛ پیکر‌بندی‌ای متشکل از چندین الک‌ترون که پیش‌بینی شده بود و می‌تواند ذخیره‌سازی و پردازش داده‌های مداری را محقق و عملی سازد.
مواد مورد استفاده در این پژوهش، متعلق به گروه‌ی از مواد شناخته‌شده به عنوان نیمه‌فلزات توپولوژیکی کایرال هستند که ویژگی‌های منحصر به فردی دارند و این ویژگی‌ها آن‌ها را به مواد امیدوارکننده‌ای برای کاربرد‌های اوربیترونیک تبدیل می‌کند.
مواد کایرال فاقد تقارن آینه‌ای هستند؛ به این معنی که ساختار آن‌ها به طور طبیعی یک‌دست است و بر حرکت ذرات درون آن‌ها تأثیر می‌گذارد. مواد توپولوژیکی دارای ویژگی‌های الک‌ترونیکی هستند که انعطاف آن‌ها را در برابر اختلالات رخ‌داده در حالت مواد، همانند ورود ناخالصی‌ها یا تأثیرات محیطی، افزایش می‌دهد.
ترکیب کایرال و حفاظت توپولوژیکی که در هر دو ماده مورد استفاده در این پژوهش رخ می‌دهد، آن‌ها را به گزینه‌های ایده‌آل برای مطالعه حالت‌های کوانتومی شگفت‌انگیز تبدیل می‌کند.
مایکل شولر، سرپرست گروه مرکز محاسبات علمی، نظریه و داده در موسسه پل شرر (PSI) واقع در سوئیس و دانشیار فیزیک دانشگاه فریبورگ، گفت این یک مزیت قابل توجه برای مواد است زیرا برای به دست آوردن بافت‌ها نیازی به اعمال محرک‌های بیرونی وجود ندارد. این ویژگی‌ها ذاتی ماده هستند و می‌توانند تشکیل جریان‌های پایدار و کارآمد را بدون نیاز به شرایط خاص آسان‌تر سازند.
علاوه بر این، پژوهش تئوری می‌تواند انواع کاملا جدیدی از پیکر‌بندی‌های الک‌ترون نشان دهد که قابلیت‌های اوربیترونیک را تقویت می‌کنند. این حالت‌های الک‌ترونی مکان‌یافته‌نشده می‌توانند کنترلی بی‌سابقه بر ذخیره‌سازی و انتقال اطلاعات فراهم آورند و ما را به یک تحول در فناوری محاسباتی نزدیک‌تر سازند.
این پژوهش در مجله نیتشر فیزیک به چاپ رسیده است.