Forskare har gjort ett genombrott i utvecklingen av en ny generation elektronik som kommer att kräva mindre kraft och generera mindre värme.

Det handlar om att utnyttja elektronernas komplexa kvantegenskaper - i detta fall elektronernas spinntillstånd.

I en värld först, forskarna - ledda av ett team av fysiker från University of Leeds - har meddelat i tidningen Vetenskapliga framsteg att de har skapat en "centrifugeringskondensator" som kan generera och hålla elektronernas spinntillstånd under ett antal timmar.

Tidigare försök har bara någonsin haft spinntillståndet i en bråkdel av en sekund.

Inom elektronik, en kondensator rymmer energi i form av elektrisk laddning. En centrifugeringskondensator är en variant på den idén:istället för att bara hålla laddning, det lagrar också centrifugeringstillståndet för en grupp elektroner - i själva verket "fryser" det rotationsläget för var och en av elektronerna.

Den förmågan att fånga spin -tillståndet öppnar möjligheten att nya enheter kan utvecklas som lagrar information så effektivt att lagringsenheter kan bli väldigt små. En centrifugeringskondensator som mäter bara en kvadratcentimeter kan lagra 100 terabyte data.

Dr Oscar Cespedes, Docent vid Fysik och astronomihögskolan som övervakade forskningen, sade:"Detta är ett litet men betydande genombrott i vad som kan bli en revolution inom elektronik som drivs av utnyttjande av principerna för kvantteknik.

"Just nu, upp till 70 procent av energin som används i en elektronisk enhet som en dator eller mobiltelefon går förlorad som värme, och det är energin som kommer från elektroner som rör sig genom enhetens kretsar. Det resulterar i enorm ineffektivitet och begränsar möjligheter och hållbarhet för nuvarande teknik. Internets koldioxidavtryck liknar redan flygresor och ökar år för år.

"Med kvanteffekter som använder ljusa och miljövänliga element, det kan inte finnas någon värmeförlust. Det betyder att prestanda för nuvarande teknik kan fortsätta att utvecklas på ett mer effektivt och hållbart sätt som kräver mycket mindre kraft. "

Dr Matthew Rogers, en av huvudförfattarna, även från Leeds, kommenterade:"Vår forskning visar att framtidens enheter kanske inte behöver förlita sig på magnetiska hårddiskar. I stället kommer de att ha spinnkondensatorer som drivs av ljus, vilket skulle göra dem väldigt snabba, eller genom ett elektriskt fält, vilket skulle göra dem extremt energieffektiva.

"Detta är ett spännande genombrott. Tillämpningen av kvantfysik på elektronik kommer att resultera i nya och nya enheter."

Hur en centrifugeringskondensator fungerar

I konventionell datorer, information kodas och lagras som en serie bitar:t.ex. nollor och enor på en hårddisk. Dessa och nollor kan representeras eller lagras på hårddisken genom förändringar i polariteten i små magnetiserade områden på skivan.

Med kvantteknik, centrifugeringskondensatorer kunde skriva och läsa information som är kodad i elektronernas centrifugeringstillstånd med hjälp av ljus eller elektriska fält.

Forskargruppen kunde utveckla spinnkondensatorn genom att använda ett avancerat materialgränssnitt av en form av kol som kallas buckminsterfullerene (buckyballs), manganoxid och en koboltmagnetisk elektrod. Gränssnittet mellan nanokol och oxid kan fånga elektronernas spinntillstånd.

Den tid det tar för spinntillståndet att förfalla har förlängts genom att använda interaktionen mellan kolatomerna i buckybollarna och metalloxiden i närvaro av en magnetisk elektrod.

Några av världens mest avancerade experimentanläggningar användes som en del av undersökningen.

Forskarna använde ALBA Synchrotron i Barcelona som använder elektronacceleratorer för att producera synkrotronljus som gör det möjligt för forskare att visualisera atomens atomstruktur och undersöka dess egenskaper. Låg energi -muonspinnspektroskopi vid Paul Scherrer -institutet i Schweiz användes för att övervaka lokala centrifugeringsförändringar under ljus och elektrisk bestrålning inom miljarddels meter inuti provet. En muon är en subatomär partikel.

Resultaten av den experimentella analysen tolkades med hjälp av datavetenskapare vid Storbritanniens Science and Technical Facilities Council, hem till en av Storbritanniens mest kraftfulla superdatorer.

Forskarna tror att de framsteg de har gjort kan byggas på, framför allt mot enheter som kan hålla spinntillstånd under längre perioder.