Northeastern Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, elektronik maddenin elektronik durumunun nasıl değiştirileceğini keşfettiler, bu da elektronikleri 1.000 kat daha hızlı ve daha verimli hale getirebilecek bir atılım.
Yalıtımdan iletime geçiş yaparak ve tam tersi, keşif, elektronikte silikon bileşenlerini katlanarak daha küçük ve daha hızlı kuantum malzemelerle değiştirme potansiyeli yaratır.
Fizik profesörü ve araştırmanın baş yazarı Alberto de la Torre, “İşlemciler şu anda Gigahertz’de çalışıyor” dedi. “Bunun sağlayacağı değişim hızı, Terahertz’e gitmenizi sağlayacaktır.”
“Termal söndürme” dedikleri bir teknik olan kontrollü ısıtma ve soğutma yoluyla, araştırmacılar metal iletken bir durum ile bir yalıtım durumu arasında kuantum malzeme anahtarı yapabilirler. Bu durumlar aynı teknik kullanılarak anında tersine çevrilebilir.
Dergide yayınlandı Doğa fiziğiAraştırma bulguları, malzeme bilim adamları ve elektroniklerin geleceği için bir atılımdır: bir malzemenin elektrik iletip yerini alıp almadığı üzerinde anında kontrol.
Etki, elektronik sinyalleri değiştiren bir transistör gibidir. Ve transistörlerin bilgisayarların küçülmesine izin verdiği gibi – oda büyüklüğündeki büyük makinelerden cebinizdeki telefona – Kuantum malzemeleri üzerinden kontrol, bulguları yorumlamak için De la Torre ile çalışan bir fizik profesörü olan Gregory Fiete, elektronikleri dönüştürme potansiyeline sahip.
Fiete, “Daha önce bir bilgisayar kullanan herkes, bir şeyin daha hızlı yüklenmesini istedikleri bir noktayla karşılaşıyor” diyor. “Işıktan daha hızlı bir şey yok ve ışığı fiziğin izin verdiği en hızlı hızda malzeme özelliklerini kontrol etmek için kullanıyoruz.”
Oda sıcaklığına yakın 1T-Tas₂ adı verilen bir kuantum malzemeye ışık tutarak, araştırmacılar şimdiye kadar sadece kriyojenik olarak soğuk sıcaklıklarda stabil olan “gizli metalik durum” elde ettiler. De la Torre, şimdi araştırmacılar bu iletken metalik durumu daha pratik sıcaklıklarda yarattı. Malzeme, programlanmış durumunu aylarca sürdürüyor – daha önce hiç başarılmamış bir şey.
“Büyük zorluklardan biri, malzeme özelliklerini iradesiyle nasıl kontrol ediyorsunuz?” Fiete diyor. “Çektiğimiz şey, malzeme özellikleri üzerindeki en yüksek kontrol seviyesidir. Çok kesin bir sonuçla çok hızlı bir şey yapmasını istiyoruz, çünkü bu bir cihazda kullanılabilecek bir şey.”
Şimdiye kadar, elektronik cihazların hem iletken hem de yalıtım malzemelerine ve ayrıca ikisi arasında iyi tasarlanmış bir arayüze ihtiyaç duyulmuştur. Bu keşif, yürütmek ve daha sonra yalıtmak için ışıkla kontrol edilebilen sadece bir malzeme kullanmayı mümkün kılar.
Fiete, “Mühendislik zorluklarından birini hepsini tek bir malzemeye koyarak ortadan kaldırıyoruz” diyor. “Ve arayüzü daha geniş bir sıcaklık aralığında ışıkla değiştiriyoruz.”
Araştırma, malzemelerin elektrik yapma şeklini geçici olarak değiştirmek için ultra hızlı lazer darbeleri kullanan önceki çalışmalara genişliyor. Ancak bu değişiklikler sadece bir saniyenin küçük fraksiyonlarını ve genellikle son derece soğuk sıcaklıklarda sürdü.
Fiete, daha yüksek sıcaklıklarda kararlı iletkenlik anahtarlamasının kuantum mekaniği için önemli bir ilerleme olduğunu ve silikon tabanlı teknolojiyi takviye etme veya değiştirme oyunu için önemli bir ilerleme olduğunu söylüyor. Yarı iletkenler, mantık bileşenleri ile o kadar yoğun olduğunu söylüyor ki, mühendisler şimdi üç boyutta istifliyor. Ancak bu yaklaşımın, küçük kuantum malzemelerini elektronik tasarımı için daha önemli hale getiren sınırlamaları olduğunu söyledi.
Fiete, “Bilgi depolama veya çalışma hızında inanılmaz geliştirmeler elde etmek için yeni bir paradigmaya ihtiyacımız var.” Diyor. “Kuantum bilgi işlem bunu ele almak için bir yol ve diğeri malzemelerde yenilik yapmaktır. Bu iş gerçekten budur.”
