3 Minutės
Elektronikos Revoliucija su Kvantinėmis Medžiagomis
Naujausi kvantinių medžiagų tyrimai gali suteikti visiškai naują kryptį vartotojų elektronikai. JAV universitetų mokslininkai pristatė novatorišką būdą valdyti elektronines 1T-TaS₂ (tantalio disulfido) būsenas – tai proveržis, galintis šiuolaikinius išmaniuosius telefonus, nešiojamus kompiuterius ir kitus skaitmeninius įrenginius padaryti iki 1000 kartų greitesnius nei dabar naudojama sparta.
Kvantinės medžiagos – tai neįprastos, išskirtinėmis kvantinės mechanikos taisyklėmis veikiančios medžiagos, kurių savybės labai skiriasi nuo mums įprastų. Jos išsiskiria gebėjimu persijungti tarp skirtingų elektroninių fazių – elgtis tiek kaip metalas, tiek kaip izoliatorius. Tokios savybės leidžia kurti ypač greitus ir energiją taupančius elektronikos komponentus.
Proveržio Mokslo Esmė
Šis laimėjimas grindžiamas procesu, vadinamu „terminiu gesinimu“ – staigiu 1T-TaS₂ temperatūros keitimu. Šis sluoksniuotas kristalas geba greitai persijungti tarp dviejų skirtingų elektroninių būsenų: laidžios („metalas“) ir izoliacinės. Tokios dvejetainės perjungimo savybės naudojamos tranzistoriuose, kurie yra kiekvienos kompiuterinės mikroschemos pagrindas, valdantis elektros srautą informacijos apdorojimui ir saugojimui.
Iš pradžių kvantinių medžiagų fazių keitimui reikėdavo ypač žemos (kriogeninės) temperatūros, todėl jų taikymas kasdienėje elektronikoje buvo nepraktiškas. Naujausi eksperimentai parodė, kad fazės perjungimas įmanomas ir prie žymiai aukštesnių, praktiškų temperatūrų, o naujos būsenos išlieka stabilios ištisus mėnesius, o ne tik sekundes.
Kaip pažymi fizikas Gregory Fiete iš Northeastern universiteto, „naudojame greičiausią gamtos leistiną reiškinį – šviesą, – kad valdyti medžiagų savybes ties fizikos ribomis.“ Preciziškai sustyguotas temperatūrinis valdymas leidžia nepažeisti unikalių kvantinių būsenų ir užtikrina rekordinius stabilumo bei greičio rodiklius.
Poveikis Ateities Elektronikai
Visuose skaitmeniniuose įrenginiuose naudojamos laidžios ir izoliacinės medžiagos, dažniausiai sudėtinguose deriniuose. Galimybė naudoti vieną kvantinę medžiagą, valdomą šviesa, abiem funkcijoms, leistų kurti daug kompaktiškesnius įrenginius, mažiau suvartoti energijos ir, svarbiausia, pasiekti procesoriaus spartą, kuri buvo laikoma neįmanoma.
Fiete teigia: „Vienas pagrindinių iššūkių medžiagų moksle – tiksliai ir greitai keisti medžiagos savybes. Būtent tai kvantinės technologijos daro tinkamomis įrenginiams.“
Kol kas šios naujovės taikomos tik laboratorijoje, tačiau poveikis ateities vartotojų technologijoms galėtų būti milžiniškas. Kadangi įprasti silicio puslaidininkiai artėja prie fizinių ribų, mokslininkai ir industrija ieško naujų, alternatyvių elektronikos medžiagų, leidžiančių toliau spartinti kompiuterių galios augimą pagal Moore'o dėsnį.
Silicio Ribos ir Kvantinių Medžiagų Perspektyvos
Daugelį dešimtmečių silicio lustai buvo skaitmeninės revoliucijos variklis, tačiau jų mažinimo ir spartinimo galimybės beveik išsemtos. Proveržiai, kaip parodytas su 1T-TaS₂, gali atverti naują elektronikos erą, papildydami kvantinio kompiuterio ir duomenų saugojimo inovacijas.
Kaip pabrėžia Fiete, „Norint ženkliai padidinti informacijos apdorojimo ir saugojimo galias, turime atsisakyti įprastų sprendimų – tiek kuriant naujas skaičiavimo koncepcijas, tiek naujas kvantines medžiagas. Mūsų darbas – energingas žingsnis šia linkme, rodant, kaip medžiagų mokslas gali atverti ultragreitos, efektyvios elektronikos epochą.“
Reikės daugiau tyrimų ir inžinerinių sprendimų, kol kvantinės medžiagos taps įprasta buitinės elektronikos dalimi, tačiau dabartinė pažanga yra itin svarbi žengiant į kitą technologinį lygmenį.
Išvada
Kvantinių medžiagų, tokių kaip 1T-TaS₂, naudojimas kuriant šviesa valdomus, itin greitus elektroninių fazių perjungimus gali pažymėti naujos kartos kompiuterinės aparatūros pradžią. Įveikdami silicio technologijų ribas ir stabilizuodami kvantines būsenas prie realių temperatūrų, mokslininkai kloja pagrindus įrenginiams, kurie bus ne tik greitesni, bet ir iš esmės pažangesni bei efektyvesni. Toliau plėtojant tyrimus, tūkstantį kartų spartesnių išmaniųjų telefonų ir kitų naujos elektronikos svajonė artėja prie realybės.
Šaltinis: nature
Komentarai