Kvanttimetallurgia: Elektronikiteet muuttuvat ja sulavat

Elektronit voivat järjestäytyä kiteisiksi kuvioiksi, jotka keräävät virheitä sulaessaan; sulamisasteen säätäminen voi edistää suprajohteiden ja keinotekoisten neuronien kehitystä.

Michiganin yliopiston tekniikan tutkijat ovat havainneet, että prosessissa, joka on analoginen kiteiden sulamisen nesteiksi kanssa, monien eri metallien elektronit muodostavat kidemäisiä kuvioita, jotka voivat muuttaa muotoaan ja sulaa, mikä avaa uusia polkuja neuromorfiselle laskennalle ja suprajohteille.

”Työmme osoittaa, että nämä kvanttirakenteet, joiden usein ajatellaan olevan erittäin järjestäytyneitä, kattavat itse asiassa epäjärjestyneen jatkumon, jota voitaisiin hyödyntää näiden materiaalien suunnittelussa ja hallinnassa”, sanoo Robert Hovden, materiaalitieteen ja -tekniikan apulaisprofessori ja Matter-lehdessä julkaistun tutkimuksen vastaava kirjoittaja.

”Metallurgit usein hallitsevat metallien virheitä eli epäjärjestystä tuottaakseen tiettyjä ominaisuuksia”, Hovden sanoi. ”Samanlainen lähestymistapa voisi auttaa meitä valjastamaan kvanttimateriaalien potentiaalin tulevaisuuden laitteissa. Tulevaisuus voisi olla kvanttimetallurgiaa.”

Kyky muokata näiden elektronikiteiden, joita kutsutaan myös varaustiheysaaltoiksi, rakennetta tarkasti voisi avata uusia polkuja suprajohteiden ohjaamiseen, koska suprajohtavat tilat voivat ilmaantua samaan aikaan varaustiheysaaltojen virheiden kanssa.

Elektronikiteiden rakenteen hallinta voisi myös antaa insinööreille mahdollisuuden muuttaa metalleja nopeasti eristeiksi, koska varaustiheysaallot häiritsevät sähkön kulkua joissakin johtimissa. Tarkka vaihtaminen johtimen ja eristeen välillä heijastaa tapaa, jolla aivosolut välittävät sähköisiä signaaleja, ja jotkut tiedemiehet uskovat, että tällaiset materiaalit voisivat edistää neuromorfista laskentaa, joka pystyy käsittelemään ja siirtämään suuria määriä dataa pienellä energialla.

”Kun tarkastelee näitä materiaaleja, niillä voi olla hyvin erilaisia sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia, mutta voimme kuvata useimpien niiden varaustiheysaaltojen ydinfysiikan tällä melko yksinkertaisella viitekehyksellä”, sanoo Jeremy Shen, yksi tutkimuksen ensimmäisistä kirjoittajista. ”Se, että meillä on yksi universaali nuppi kaikissa näissä järjestelmissä, jota voimme käyttää erilaisten ominaisuuksien käyttämiseen, on erittäin jännittävää.”

Aiheesta aiemmin:

Elektronit ja aukot kulkevat kiteessä eri suuntiin ilman resistanssia

Elektronit surffaavat fononeilla