🔬 Исследователи из Северо-Восточного университета обнаружили способ изменять электронное состояние вещества по требованию. Это открытие может сделать электронику в 1000 раз быстрее и эффективнее.
💡 Переключение между изоляционным и проводящим состояниями открывает потенциал для замены кремниевых компонентов в электронике на квантовые материалы, которые значительно меньше и быстрее.
«Сейчас процессоры работают на гигагерцах, — сказал Альберто де ла Торре, доцент кафедры физики и ведущий автор исследования. — Скорость изменений, которую это может обеспечить, позволит перейти на терагерцы».
🧊 С помощью контролируемого нагрева и охлаждения, метода, который они называют «термическим гашением», исследователи могут заставить квантовый материал переключаться между проводящим металлическим состоянием и изоляционным состоянием. Эти состояния можно мгновенно изменить, используя тот же метод.
📰 Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Physics, представляют собой прорыв для учёных, занимающихся материалами, и будущего электроники: мгновенный контроль над тем, проводит ли материал электричество или изолирует его.
🔍 Эффект подобен переключению электронных сигналов транзистором. И так же, как транзисторы позволили компьютерам стать меньше — от огромных машин размером с комнату до телефона в кармане — контроль над квантовыми материалами может преобразовать электронику, говорит Грегори Фите, профессор физики в Северо-Восточном университете, который работал с де ла Торре над интерпретацией результатов.
«Каждый, кто когда-либо пользовался компьютером, сталкивался с ситуацией, когда хотелось, чтобы что-то загружалось быстрее, — говорит Фите. — Нет ничего быстрее света, и мы используем свет для управления свойствами материалов с максимально возможной скоростью, разрешённой физикой».
🔬 Осветив квантовый материал под названием 1T-TaS₂ при температуре, близкой к комнатной, исследователи достигли «скрытого металлического состояния», которое до сих пор было стабильно только при криогенно низких температурах. Теперь исследователи создали это проводящее металлическое состояние при более практичных температурах, говорит де ла Торре. Материал сохраняет своё запрограммированное состояние в течение месяцев — то, чего раньше никогда не удавалось достичь.
«Одна из главных задач — как контролировать свойства материалов по своему желанию? — говорит Фите. — Мы стремимся к высшему уровню контроля над свойствами материалов. Мы хотим, чтобы он делал что-то очень быстро с очень определённым результатом, потому что это то, что можно затем использовать в устройстве».
Пока электронные устройства нуждались как в проводящих, так и в изолирующих материалах, а также в хорошо продуманном интерфейсе между ними. Это открытие позволяет использовать только один материал, которым можно управлять с помощью света, чтобы проводить, а затем изолировать.
«Мы устраняем одну из инженерных задач, объединяя всё в одном материале, — говорит Фите. — И мы заменяем интерфейс светом в более широком диапазоне температур».
Исследование расширяет предыдущую работу, в которой использовались сверхбыстрые лазерные импульсы для временного изменения способа проведения электричества материалами. Но эти изменения длились лишь крошечные доли секунды и обычно при экстремально низких температурах.
Стабильное переключение проводимости при более высоких температурах — значительный шаг вперёд для квантовой механики, говорит Фите, и для долгосрочной игры по дополнению или замене кремниевых технологий. По его словам, полупроводники настолько насыщены логическими компонентами, что инженеры теперь размещают их в трёх измерениях. Но у этого подхода есть ограничения, говорит он, что делает крошечные квантовые материалы более важными для проектирования электроники.
«Мы находимся в точке, когда для достижения удивительных улучшений в хранении информации или скорости работы нам нужна новая парадигма, — говорит Фите. — Квантовые вычисления — это один из способов решения этой задачи, а другой — инновации в области материалов. Вот о чём на самом деле идёт речь в этой работе».
Предоставлено Северо-Восточным университетом.
Эта история публикуется любезно предоставлено Northeastern Global News news.northeastern.edu.