Ученые из Северо-Восточного университета разработали метод управления квантовым материалом, который позволяет переключать его между изолирующим и проводящим состояниями. Это открытие, опубликованное 27 июня в журнале Nature Physics, может привести к созданию электроники, которая будет в 1000 раз быстрее, эффективнее и экспоненциально меньше современных кремниевых аналогов.
В основе технологии лежит квантовый материал дисульфид тантала, или 1T-TaS₂. Его ключевое свойство — способность существовать в двух состояниях: в исходном, изолирующем, и в активированном «скрытом металлическом состоянии», в котором он проводит электричество. Такая двойственность позволяет материалу функционировать как транзистор, но в рамках единого вещества, что кардинально повышает эффективность.
Для управления состоянием 1T-TaS₂ используется метод, названный «термическая закалка». Процесс заключается в облучении материала светом, что приводит к его нагреву. При повышении температуры активируется уникальное квантовое свойство, и материал становится стабильным металлическим проводником. Когда источник света убирают, 1T-TaS₂ остывает и возвращается в исходное состояние изолятора.
Данное исследование представляет собой значительный прорыв по сравнению с предыдущими попытками. Ранее для достижения подобного эффекта требовались криогенные температуры. Новый метод позволяет стабилизировать проводящее состояние при температуре около -73 градусов по Цельсию (-100 по Фаренгейту), что на 250 градусов теплее, чем в прошлых экспериментах.
Ключевым достижением стала стабильность нового состояния. В предыдущих исследованиях проводящее состояние материала сохранялось менее секунды. Теперь ученые добились того, что 1T-TaS₂ может поддерживать свою проводимость на протяжении нескольких месяцев, что ранее считалось недостижимым.
Авторами работы выступили физик-материаловед Альберто де ла Торре и физик-теоретик Грегори Фите, оба из Северо-Восточного университета. Их работа открывает путь к созданию процессоров, работающих не на гигагерцовых (ГГц), а на терагерцовых (ТГц) частотах, что означает тысячекратное увеличение скорости обработки информации.
Технология на основе 1T-TaS₂ потенциально может заменить кремниевые компоненты в таких устройствах, как ноутбуки и смартфоны. Современные кремниевые технологии сталкиваются с физическими ограничениями закона Мура из-за необходимости плотной упаковки множества логических элементов. Комбинируя изолирующие и проводящие свойства в одном материале, квантовые компоненты могут выполнять те же задачи, занимая экспоненциально меньше места.
Исследователи стремятся к «наивысшему уровню контроля над свойствами материала», чтобы обеспечить быстрые и надежные результаты, пригодные для коммерческого использования. Использование света в качестве управляющего механизма является фундаментальным преимуществом, поскольку, как отметил один из ученых, «нет ничего быстрее света».
Изображение носит иллюстративный характер
В основе технологии лежит квантовый материал дисульфид тантала, или 1T-TaS₂. Его ключевое свойство — способность существовать в двух состояниях: в исходном, изолирующем, и в активированном «скрытом металлическом состоянии», в котором он проводит электричество. Такая двойственность позволяет материалу функционировать как транзистор, но в рамках единого вещества, что кардинально повышает эффективность.
Для управления состоянием 1T-TaS₂ используется метод, названный «термическая закалка». Процесс заключается в облучении материала светом, что приводит к его нагреву. При повышении температуры активируется уникальное квантовое свойство, и материал становится стабильным металлическим проводником. Когда источник света убирают, 1T-TaS₂ остывает и возвращается в исходное состояние изолятора.
Данное исследование представляет собой значительный прорыв по сравнению с предыдущими попытками. Ранее для достижения подобного эффекта требовались криогенные температуры. Новый метод позволяет стабилизировать проводящее состояние при температуре около -73 градусов по Цельсию (-100 по Фаренгейту), что на 250 градусов теплее, чем в прошлых экспериментах.
Ключевым достижением стала стабильность нового состояния. В предыдущих исследованиях проводящее состояние материала сохранялось менее секунды. Теперь ученые добились того, что 1T-TaS₂ может поддерживать свою проводимость на протяжении нескольких месяцев, что ранее считалось недостижимым.
Авторами работы выступили физик-материаловед Альберто де ла Торре и физик-теоретик Грегори Фите, оба из Северо-Восточного университета. Их работа открывает путь к созданию процессоров, работающих не на гигагерцовых (ГГц), а на терагерцовых (ТГц) частотах, что означает тысячекратное увеличение скорости обработки информации.
Технология на основе 1T-TaS₂ потенциально может заменить кремниевые компоненты в таких устройствах, как ноутбуки и смартфоны. Современные кремниевые технологии сталкиваются с физическими ограничениями закона Мура из-за необходимости плотной упаковки множества логических элементов. Комбинируя изолирующие и проводящие свойства в одном материале, квантовые компоненты могут выполнять те же задачи, занимая экспоненциально меньше места.
Исследователи стремятся к «наивысшему уровню контроля над свойствами материала», чтобы обеспечить быстрые и надежные результаты, пригодные для коммерческого использования. Использование света в качестве управляющего механизма является фундаментальным преимуществом, поскольку, как отметил один из ученых, «нет ничего быстрее света».
