На протяжении многих лет кремний является неотъемлемой частью компьютеров, телефонов и других электронных устройств. В связи с постоянно растущим спросом на быстрые и компактные устройства, скорость и мощность использования кремния достигают своих пределов.
Исследователи нашли способ сделать электронику в 1000 раз быстрее. Это стало возможным благодаря изменению «электронного состояния вещества по требованию» с помощью технологии, известной как термическая закалка. Технология позволяет квантовому материалу переключаться между металлическим проводящим и изолирующим состояниями по требованию — просто путем контролируемого нагрева и охлаждения.
Согласно сообщениям, разработчики из Северо-Восточного университета, расположенного в Бостоне (штат Массачусетс, США), считают, что их достижения могут привести к замене кремниевых компонентов в электронике на квантовые материалы. Они рассчитывают, что этот сдвиг позволит сделать устройства экспоненциально меньшего размера и значительно более быстрыми.
«Процессоры сейчас работают на гигагерцах. Скорость изменений, которую обеспечат квантовые материалы, позволит перейти на терагерцы», — сказал Альберто де ла Торре, доцент кафедры физики и ведущий автор исследования.
Согласно опубликованным сведениям, подобно щелчку выключателя, инновационный квантовый материал, получивший название 1T-tas₂, может мгновенно превращаться из идеального проводника электричества в идеальный изолятор, причем эти состояния могут мгновенно меняться местами. Команда ученых из Северо-Восточного университета добилась этого, направив свет на этот особый вид квантового материала. Излучение света на квантовый материал, температура которого близка к комнатной, позволило исследователям достичь «проводящего металлического состояния». Ранее это состояние было стабильным только при чрезвычайно низких криогенных температурах.
Исследователи из Северо-Восточного университета утверждают, что управление квантовыми материалами может изменить всю область электроники.
«Каждый, кто когда-либо пользовался компьютером, сталкивается с тем, что ему хочется, чтобы что-то загружалось быстрее. Нет ничего быстрее света, и мы используем свет для управления свойствами материалов с максимально возможной скоростью, которую допускает физика», — говорят исследователи, представляя свою работу.
Они уверены, что это открытие позволяет использовать только один материал для выполнения обеих задач, просто управляя им с помощью света. Это устраняет сложные инженерные задачи, открывая возможности для создания устройств значительно меньшего размера и большей мощности.
«Мы решаем одну из инженерных задач, объединяя все это в одном материале. И мы заменили интерфейс на световой в более широком диапазоне температур», — подчеркивают они.
Как указывается, хотя инженеры в настоящее время размещают плотные кремниевые полупроводники в трех измерениях, чтобы обеспечить большую логику, этот подход имеет свои ограничения. Поэтому крошечные квантовые материалы становятся все более важными для разработки электроники будущего.
«Мы находимся на этапе, когда для того, чтобы добиться потрясающих улучшений в области хранения информации или скорости работы, нам нужна новая парадигма. Квантовые вычисления — это один из способов решения этой проблемы, а другой — инновации в материалах. Вот чему на самом деле посвящена эта работа», — заключают разработчики из Северо-Восточного университета.
Американские специалисты считают, что это исследование стало значительным прорывом в области изучения материалов и разработки электроники. Оно подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию более компактных и мощных компьютеров.
Как сообщают американские СМИ, помимо этой работы, сейчас в США ведутся исследования по выявлению новых квантовых материалов для будущих устройств. Например, в мае исследователи из Университета Райса разработали новый квантовый материал — металл с узловой линией Крамерса — с уникальными электронными свойствами. Они добились этого, тонко настроив его атомную структуру с помощью точных химических изменений, что потенциально открывает путь для создания сверхэффективных электронных систем.
Результаты работы исследователей из Северо-Восточного университета опубликованы в журнале Nature Physics.