Elektroniikasta 1000 kertaa nopeampaa

Northeastern Universityn tutkijat ovat löytäneet sen, miten aineen elektronista olomuotoa voidaan muuttaa tarvittaessa. Tämä läpimurto voisi tehdä elektroniikasta 1 000 kertaa nopeampaa ja siten tehokkaampaa.

Siirtymällä eristävästä johtamiseen ja päinvastoin luo mahdollisuuden korvata elektroniikan piikomponentit eksponentiaalisesti pienemmillä ja nopeammilla kvanttimateriaaleilla.

”Prosessorit toimivat tällä hetkellä gigahertseinä”, sanoo tutkimuksen päätekijä Alberto de la Torre. ”Tämän mahdollistavan muutoksen nopeus mahdollistaisi siirtymisen terahertseihin.”

Hallitun lämmityksen ja jäähdytyksen avulla, tekniikalla jota he kutsuvat "lämpösammutukseksi", tutkijat pystyvät saamaan kvanttimateriaalin vaihtamaan metallisen johtavan tilan ja eristävän tilan välillä. Nämä tilat voidaan kääntää välittömästi päinvastaisiksi käyttämällä samaa tekniikkaa.

Julkaistut tutkimustulokset edustavat läpimurtoa materiaalitieteilijöille ja elektroniikan tulevaisuudelle: välitöntä hallintaa siihen, johtaako vai eristääkö materiaali sähköä.

Vaikutus on kuin transistori kyttäisi elektronisia signaaleja. Ja aivan kuten transistorit mahdollistivat tietokoneiden pienenemisen, kvanttimateriaalien hallinnalla on potentiaalia mullistaa elektroniikkaa, sanoo fysiikan professori Gregory Fiete.

Suuntaamalla valoa 1T-TaS₂-nimiseen kvanttimateriaaliin lähellä huoneenlämpötilaa tutkijat saavuttivat "piilotetun metallisen tilan", joka on tähän mennessä ollut stabiili vain kryogeenisesti kylmissä lämpötiloissa.

Nyt tutkijat ovat luoneet kyseisen johtavan metallisen tilan käytännöllisemmissä lämpötiloissa, de la Torre kertoo. Materiaali säilyttää ohjelmoidun tilansa kuukausia – mitä ei ole koskaan ennen saavutettu.

Tutkimus laajentaa aiempaa työtä, jossa käytettiin ultranopeita laserpulsseja materiaalien sähkönjohtavuuden tilapäiseen muuttamiseen. Mutta nämä muutokset kestivät vain pienen sekunnin murto-osan ja yleensä erittäin kylmissä lämpötiloissa.

Vakaa johtavuuden kytkentä korkeammissa lämpötiloissa on merkittävä edistysaskel kvanttimekaniikalle, Fiete sanoo, ja pitkällä aikavälillä myös piipohjaisen teknologian täydentämiselle tai korvaamiselle.

”Olemme pisteessä, jossa tiedontallennuksen tai toiminnan nopeuden hämmästyttävien parannusten saavuttamiseksi tarvitsemme uuden paradigman”, Fiete sanoo. ”Kvanttilaskenta on yksi tapa tehdä se ja toinen on materiaalien innovointi. Siitä tässä työssä on todella kyse.”

Aiheesta aiemmin:

Uusi hiilimuoto, jolla on potentiaalia elektroniikkaan

Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen

Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle