Группа ученых под руководством профессора Гуанлэя Чэна из Университета науки и технологий Китая (USTC) совершила прорыв в изучении оксидных интерфейсов. Впервые они обнаружили необычные квантовые колебания в сверхчистых границах раздела LaAlO₃/SrTiO₃ (LAO/STO) при крайне слабых магнитных полях (~0,3 Тл). Эти колебания указывают на существование электронной подзоны с аномально малой эффективной массой (~0,03 mₑ). Все данные говорят о том, что перенос заряда здесь защищен симметрией обращения времени (TRS) — фундаментальным свойством, которое не меняет физических законов, если время «течет» в обратную сторону.

Результаты опубликованы в издании National Science Review.

Ключевую роль в этом явлении играют квазиодномерные ферроупругие доменные стенки (FDW) на границе раздела. В них возникает гигантское рашбовское спин-орбитальное взаимодействие — эффект, который «закручивает» электроны и подавляет их обратное рассеяние. Сила этого взаимодействия здесь в сотни раз выше, чем в обычных оксидных интерфейсах, и сопоставима с топологическими изоляторами.

Рашбовское спин-орбитальное взаимодействие — эффект, при котором электроны в несимметричном потенциале (например, на границе двух материалов) «чувствуют» свое движение как магнитное поле. Это приводит к спин-поляризованным состояниям и подавляет рассеяние — как если бы электроны двигались по выделенным „полосам“ без пробок.

Что еще интереснее:

• Подзону можно управлять напряжением на затворе.
• Она связана с многозонным транспортом и сверхпроводимостью.
• Ученые предложили модель, объясняющую необычное поведение носителей.

Это открытие не только расширяет понимание TRS в коррелированных системах, но и дает новый инструмент для создания квантовых состояний — например, майорановских фермионов.

Исследование может привести к прорыву в спинтронике и квантовых вычислениях. Легкие носители с защищенным TRS-транспортом — идеальные кандидаты для создания энергоэффективной электроники. Если удастся стабилизировать доменные стенки в масштабах чипа, это откроет путь к памяти с ультранизким энергопотреблением. Кроме того, гигантское рашбовское взаимодействие полезно для спиновых кубитов, где подавление декогеренции — главный вызов.

Работа не до конца объясняет, почему доменные стенки формируют именно квазиодномерные каналы, а не двумерные. Также неясно, как скажутся дефекты при масштабировании системы — в реальных устройствах избежать их сложнее, чем в лабораторных образцах.

Ранее ученые разработали прототип памяти будущего.