Изследователи от Northeastern University са открили начин да контролират поведението на квантовия материал – превръщайки го от проводник на електричество в блокиращ го – чрез метод, наречен термично гасене, който включва внимателно нагряване и охлаждане на материала. Този пробив може да доведе до създаването на електроника, която е до 1000 пъти по-бърза от днешните силициеви устройства.

Материалът, с който са работили, се нарича 1T-TaS₂ – кристал от преходен метал дихалкогенид. Обикновено той показва специално метално състояние само при изключително ниски температури, което го прави труден за използване в ежедневни устройства. Но екипът е открил как да направи това състояние стабилно при много по-високи температури, близки до стайните, и да го поддържа такова в продължение на месеци. Това е голяма крачка напред, тъй като по-ранните опити са продължавали само за части от секундата.

„В момента процесорите работят в гигахерци“, казва Алберто де ла Торе, доцент по физика и водещ автор на проучването. „Скоростта на промяна, която това би позволило, би ви дала възможност да преминете към терахерци.“

За да постигнат това, изследователите са използвали светлина, за да предизвикат промени в материала. Те са открили, че чрез комбиниране на различни модели на вълни с плътност на заряда (CDW), които са начини, по които електроните се организират, могат да стабилизират скрито метално CDW състояние. Това състояние преди това се е появявало само при криогенни температури и не е било добре разбрано. Сега те са показали, че то може да съществува до 210 K (-63 °C), което е много по-практично.

Те са използвали съвременни инструменти като рентгеново картографиране и сканираща тунелна спектроскопия, за да изследват материала. Те са разкрили, че металните и изолиращите области вътре в материала имат различни модели на огледална симетрия и дори причиняват утрояване на размера на единичната клетка – основния градивен елемент на кристала – в една посока. Въпреки че има метални области и измерима плътност на състоянията, материалът все пак действа като изолатор като цяло поради начина, по който се наслагват CDW слоевете.

„Всеки, който някога е използвал компютър, се сблъсква с момент, в който би искал нещо да се зарежда по-бързо“, обяснява Грегори Фиете, професор по физика в Northeastern. „Няма нищо по-бързо от светлината и ние използваме светлината, за да контролираме свойствата на материала с най-бързата възможна скорост, която физиката позволява.“

Този вид контрол е подобен на начина, по който работят транзисторите, но вместо да се нуждаят от отделни материали и сложни интерфейси, изследователите вече могат да използват само един материал и да го контролират с помощта на светлина. Това би могло да направи бъдещите устройства по-прости и по-ефективни.

„Ние елиминираме едно от инженерните предизвикателства, като обединяваме всичко в един материал“, казва Фиете. „И заместваме интерфейса със светлина в по-широк температурен диапазон.“

Откритието отваря и нови възможности за проектиране на електроника, надхвърлящи възможностите на силиция. Тъй като чиповете стават все по-претъпкани и инженерите започват да ги подреждат в 3D, възниква нужда от нови материали, които могат да правят повече на по-малко място.

„Едно от големите предизвикателства е как да контролирате свойствата на материала по свое желание“, каза Фиете. „Целта ни е да постигнем най-високо ниво на контрол над свойствата на материала. Искаме той да прави нещо много бързо, с много сигурен резултат, защото това е нещо, което след това може да се използва в дадено устройство.“

„Намираме се в момент, в който за да постигнем невероятни подобрения в съхранението на информация или скоростта на работа, се нуждаем от нова парадигма“, завършва той. „Квантовите изчисления са един от начините да се справим с това, а друг е да внесем иновации в материалите. Това е истинската цел на тази работа.“

Снимка: Unsplash

Виж още: Според Tesla новият Roadster ще бъде последната кола на шофьора преди бъдещето на автомобилите без водачи