Как обычно, рубеж старого и нового годов - время подведения итогов и оценки перспектив ближайшего и отдаленного будущего. Большинство изданий самого разного профиля поспешили опубликовать свои рейтинги наиболее интересных событий, руководствуясь интересами своей аудитории. Ведущий научный журнал "Science" предложил свой "Top 10" наиболее прорывных технологий 2007 года (Vol. 318, No. 5858, P. 1844-1849). Первые четыре позиции были отданы: 1) открытию реальных генетических различий между людьми; 2) разработке методики превращения клеток кожи в стволовые зародышевые клетки; 3) исследованию космических лучей сверхвысоких энергий; 4) раскрытию структуры адреналиновых рецепторов, ответственных за наши ощущения. Позиции с 7-й по 10-ю заняли исследования в области иммунологии, химии, нейрофизиологии мозга и искусственного интеллекта.

Прорывы в области ИТ будущего оказались как раз в середине списка. Пятое место было отдано целому комплексу принципиальных открытий, касающихся физики контактных зон особого класса материалов - оксидов переходных металлов, которые, как полагают, могут стать основой альтернативной (не кремниевой) электроники ближайшего будущего.

Переходными называют металлы, у которых не завершены внутренние электронные оболочки атомов или ионов. Такие металлы обладают целым рядом замечательных свойств: они могут образовывать комплексные соединения, проявлять ферромагнитные свойства, многие соединения обладают парамагнитными свойствами и др. Не менее замечательными свойствами обладают и оксиды переходных металлов: высокотемпературной сверхпроводимостью, а также огромной магниторезистентностью, при которой незначительные вариации приложенного магнитного поля вызывают колоссальные изменения электрического сопротивления.

Но еще более интересные свойства, как оказалось, имеют "сэндвичи" из оксидов переходных металлов. Именно в 2007 году в целой серии работ ("Science", 2007, Vol. 315, P. 1377; Vol. 317, P. 1196; Vol. 318, P. 1076; Vol. 318, P. 1114) было показано, что, если кристаллы различных оксидов выращивать слой за слоем, то одна кристаллическая структура начинает оказывать воздействие на другую, в результате чего атомы в контактной зоне могут смещаться относительно нормального положения, может изменяться населенность электронных уровней, а также распределение заряда электронов в атомах. Варьируя условия выращивания, можно добиться того, что контактная зона двух являющихся изоляторами оксидов станет вести себя как металл или даже как сверхпроводник. Кроме того, при определенных условиях наблюдается квантовый эффект Холла, при котором проводимость квантуется, т.е. приобретает дискретные значения в магнитном поле. Исследователи полагают, что им удастся подобрать такие комбинации оксидов, которые превзойдут по своим показателям полупроводниковые структуры. Судя по всему, эксперты "Science" этот оптимизм разделяют.

На шестую позицию попало одно из многочисленных достижений 2007-го года в области спинтроники (о некоторых из них см. "КВ" №№21, 24, 30, 38, 50'2007). Эксперты "Science" выделили в качестве прорывного экспериментальное подтверждение существования спинового квантового эффекта Холла ("Science", 2007, Vol. 318, P. 758; Vol. 318, P. 766).

Квантовый эффект Холла был открыт в начале 80-х. Когда ученые из Германии и Великобритании включили магнитное поле перпендикулярно направлению движения электронов через тонкие слои металлов или полупроводников, то оказалось, что проводимость стала изменяться дискретно. При этом электроны двигались по каналам на границе материалов практически без потерь энергии. Однако эффект наблюдался только в сильных магнитных полях и при очень низких температурах, что ограничивало сферы его возможного применения, в частности, в электронике.

Несколько лет назад теоретики предсказали, что в материалах с определенной электронной структурой в электрическом поле должен наблюдаться спиновый квантовый эффект Холла, при котором почти без потерь происходит перенос не зарядов, а спинов электронов. В 2007 году эффект действительно был обнаружен в экспериментах с теллуридом ртути (HgTe) при температуре ниже 10 К. По мнению ученых и экспертов, если удастся добиться того же результата при комнатной температуре, это откроет путь к созданию новых спинтронных устройств с низким энергопотреблением и, соответственно, к появлению совершенно новых классов компьютерных компонентов.

По мнению экспертов "Science", в 2008 году прорывными в сферах, имеющих отношение к ИТ-индустрии, станут углубленные исследования свойств особого класса материалов, названного мильтиферроиками. Их особенность состоит в том, что один и тот же материал может проявлять множественные электронные, магнитные и структурные свойства. В частности, магнитными доменами в мультиферроиках можно управлять электрическим полем. Специалисты надеются, что компьютерные чипы на основе таких материалов позволят совместить логические операции, обычно выполняемые полупроводниковыми устройствами, с функциями памяти, как правило, осуществляемыми с помощью магнитных материалов.

Сергей САНЬКО