Квантові матеріали з «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидшою

Дослідники використовували контрольовані зміни температури, щоб змусити квантовий матеріал перемикатися між станами, і це відкриття, як очікується, зробить електроніку швидшою. (Зображення: Метью Модуно/Північно-Східний університет)

Дослідники стверджують, що новий метод зміни електронних станів на вимогу може зробити електроніку в 1000 разів швидшою та ефективнішою.

У новому дослідженні, опублікованому 27 червня в журналі Nature Physics, вчені виявили, що контрольоване нагрівання та охолодження квантового матеріалу дозволяє йому як ізолювати від електрики, так і проводити її, залежно від температури.

Цей матеріал, названий 1T-TaS₂, потенційно може замінити звичайні кремнієві компоненти в електроніці, включаючи ноутбуки та смартфони. Дослідницька група припустила, що квантові матеріали могли б виконувати ті ж завдання швидше, займаючи при цьому експоненціально менше місця.

Вам може сподобатися

Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів
Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву
Проривний квантовий комп'ютер може вирішувати проблеми у 200 разів швидше, ніж суперкомп'ютер

Якби такі матеріали, як 1T-TaS₂, були використані в електроніці, обсяг інформації, яку вони могли б обробити за секунду, збільшився б у 1000 разів. «Зараз процесори працюють у гігагерцах. Швидкість змін, яку це дозволило б, дозволила б перейти на терагерци», – заявив Альберто де ла Торре, фізик-матеріалознавець з Північно-Східного університету та провідний автор дослідження.

Термічне гартування

Метод, який використовували дослідники, називається термічним гасінням. Він полягає у спрямуванні світла на матеріал, який має унікальні квантові властивості при активації, щоб підвищити його температуру. У випадку 1T-TaS₂ активованою властивістю є металева провідність.

Цей стабільний «прихований металевий стан», як називають його дослідники в дослідженні, раніше досягався, але лише за кріогенно низьких температур і менше ніж за секунду. Нове дослідження демонструє, що цієї властивості можна досягти шляхом коливань температури за більш практичних температур — близько -100 градусів за Фаренгейтом (-73 градуси за Цельсієм), що більш ніж на 250 градусів тепліше, ніж у попередніх експериментах, — йдеться у заяві вчених. Більше того, за допомогою цього методу матеріал 1T-TaS₂ може зберігати свою провідність протягом місяців поспіль, що ніколи раніше не вдавалося досягти.

Коли світло видаляється, температура матеріалу знижується, і 1T-TaS₂ повертається до свого початкового ізолюючого стану. Результат можна порівняти з транзистором — напівпровідниковим приладом у більшості сучасної електроніки, який контролює потік електроенергії. Розвиток транзисторів, відповідно до закону Мура, часто пояснюють зменшенням кількості комп'ютерів від машин, які колись займали кімнати, до тих, що можуть поміститися у вашій кишені.

Розуміння того, як керувати квантовими матеріалами, має потенціал аналогічним чином трансформувати електроніку, йдеться у заяві Грегорі Фієта, фізика-теоретика з Північно-Східного університету та співавтора статті.

«Ми прагнемо досягти найвищого рівня контролю над властивостями матеріалів», – сказав він. «Ми хочемо, щоб це робило щось дуже швидко, з дуже певним результатом, тому що це саме те, що потім можна використовувати в пристрої».

«Немає нічого швидшого за світло»

Фієте пояснив, що пошук способу перемикання між станами провідності за вищих температур є переломним моментом для подальшої заміни кремнієвих технологій. Традиційні кремнієві напівпровідники містять багато щільно упакованих логічних компонентів, що має фізичні обмеження.

Оскільки ця нова техніка поєднує в собі як провідні, так і ізолюючі властивості в одному об'єкті, квантові матеріали можуть виконувати ті ж завдання, що й кремнієві компоненти, використовуючи при цьому набагато менше місця. «Ми усуваємо одну з інженерних проблем, помістивши все це в один матеріал», – сказав він.

ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ

—Фізики виявили ніколи раніше не бачену частинку на столі

— Вчені кажуть, що невеликі квантові комп'ютери кімнатної температури, які використовують світло на горизонті після прориву

— Алгоритми «квантового штучного інтелекту» вже випереджають найшвидші суперкомп'ютери, йдеться в дослідженні

Термічне гасіння також може збільшити швидкість обчислень, оскільки воно залежить від світла для контролю провідності. «Кожен, хто коли-небудь користувався комп’ютером, стикається з моментом, коли хоче, щоб щось завантажувалося швидше», – додав Фієт. «Немає нічого швидшого за світло, і ми використовуємо світло для контролю властивостей матеріалів з максимально можливою швидкістю, дозволеною фізикою».

Це дослідження відкриває нове майбутнє для електроніки, де інженери зможуть миттєво контролювати властивості матеріалу. «Ми знаходимося в точці, коли для досягнення вражаючих покращень у зберіганні інформації або швидкості роботи нам потрібна нова парадигма», — сказав Фієте. «Саме в цьому полягає суть цієї роботи».

Перрі Талер, навігація по соціальним мережам, стажер

Перрі Талер — стажерка в Live Science. Вона спеціалізується на космосі, технологіях та фізичних науках, але також любить заглиблюватися в інші теми, такі як відновлювана енергія та зміна клімату. Перрі вивчала астрономію та економіку в Корнельському університеті, перш ніж працювати в NASA в галузі політики та технологій, а потім досліджувала палеомагнетизм у Гарвардському університеті. Зараз вона здобуває ступінь магістра з журналістики в Нью-Йоркському університеті, а її роботи публікувалися на ScienceLine, Space.com та Eos.

Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати

Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.

Вийти Читати далі

Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів

Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву

Проривний квантовий комп'ютер може вирішувати проблеми у 200 разів швидше, ніж суперкомп'ютер

Лазерно-струминний «чорний метал» може зробити сонячні технології в 15 разів ефективнішими

Вчені винайшли дивні, змінюючі форму «електронні чорнила», які можуть дати початок новому поколінню гнучких гаджетів

Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших і швидших машин. Найновіші новини в галузі електроніки.

Лазерно-струминний «чорний метал» може зробити сонячні технології в 15 разів ефективнішими

Нова друкована плата, просочена рідким металом, може витримувати значні пошкодження та самостійно відновлюватися

Китайський «2D» чіп незабаром може бути використаний для виробництва безкремнієвих мікросхем

Що таке закон Мура?

Майбутній 2-нм мікрочіп від TSMC – це прорив. Ось що це означає для майбутнього технологій – від штучного інтелекту до смартфонів. Останні новини.

«Я довіряю ШІ, як моряк довіряє морю. Він може занести вас далеко, або ж може втопити»: результати опитування показують, що більшість не довіряє ШІ

Всього одна доза ЛСД може полегшити тривогу на місяці, згідно з дослідженням

Вчені виявили «щось надзвичайне» в проблемному серці відомої наднової

Вчені винайшли «спермоботів», яких вони пілотували через штучну шийку матки та матку

Наукові новини цього тижня: ключова атлантична течія наближається до колапсу, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Рибалки виявили в Карибському басейні першу у своєму роді яскраво-помаранчеву акулу з двома рідкісними захворюваннями ОСТАННІ СТАТТІ

Огляд 1Canon EOS R5 II

Вчені знайшли «щось надзвичайне» у проблемному серці відомої наднової

Розпечена «піщана батарея» 3A тепер опалює невелике фінське містечко

4 Чи існують альфа-самці насправді?

5 наукових новин цього тижня: ключова атлантична течія наближається до руйнування, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.