Смартфоны и другая техника будут работать в 1000 раз быстрее: что придумали ученые

Метод позволяет квантовому материалу переключаться между металлическим проводящим состоянием и изолирующим состоянием "по требованию" — просто путем контролируемого нагрева и охлаждения, пишет nature.com.

Разработчики из Северо-Восточного университета могут заменить кремниевые компоненты в электронике квантовыми материалами. Это позволит устройствам быть как экспоненциально меньше, так и значительно быстрее.

"Сейчас процессоры работают в гигагерцах. Скорость изменений позволит перейти на терагерцы", — сказал Альберто де ла Торре, доцент кафедры физики и ведущий автор исследования.

Кремний уже много лет является неотъемлемой частью компьютеров, телефонов и других электронных гаджетов. С постоянно растущим спросом на быстрые и небольшие устройства кремний достигает пределов своей скорости и мощности. Команда искала решение, которое могло бы обрабатывать информацию в тысячу раз быстрее, чем текущие гигагерцовые скорости.

Квантовый материал, названный 1T-TaS₂, может мгновенно переключаться между идеальным проводником электричества и идеальным изолятором. Интересно, что состояния могут мгновенно меняться на противоположные.

Облучение светом квантового материала при температуре, близкой к комнатной, позволило исследователям достичь "проводящего металлического состояния". Это состояние ранее было стабильным только при чрезвычайно низких, криогенных температурах. Ученые утверждают, что управление квантовыми материалами может изменить область электроники в целом.

"Каждый, кто когда-либо пользовался компьютером, хотел, чтобы информация загружалась быстрее. Нет ничего быстрее света, и мы используем свет для управления свойствами материалов по сути на максимально возможной скорости, допускаемой физикой", — сказал Грегори Фите, профессор физики.

Современной электронике нужны как проводящие, так и изолирующие материалы, а также сложные интерфейсы между ними. Новое открытие позволяет всего одному материалу выполнять обе функции, управляемые просто светом, что устраняет сложные инженерные проблемы, открывая двери для радикально меньших и более мощных устройств.

"Мы устраняем одну из инженерных проблем, помещая все в один материал. И мы заменяем интерфейс светом в более широком диапазоне температур", — добавил Фите.

Фите отмечает, что, хотя инженеры в настоящее время укладывают плотные кремниевые полупроводники в трех измерениях, чтобы упаковать их, этот подход имеет ограничения. Поэтому крошечные квантовые материалы становятся все более важными для будущего проектирования электроники.

Исследование знаменует собой крупный прорыв в материаловедении и будущем электроники. Это преобразующий прогресс, во многом похожий на то, как транзисторы произвели революцию в вычислительной технике, позволив создавать более мелкие и мощные устройства.