通過(guò)精確控溫,能讓量子材料在導(dǎo)電與絕緣狀態(tài)之間切換。圖片來(lái)源:美國(guó)東北大學(xué)

美國(guó)東北大學(xué)與布朗大學(xué)等機(jī)構(gòu)科學(xué)家通過(guò)精確控制加熱和冷卻,即所謂的“熱淬火”技術(shù),讓量子材料在導(dǎo)電與絕緣狀態(tài)間精準(zhǔn)切換。這項(xiàng)發(fā)表于最新一期《自然-物理學(xué)》的研究,將為現(xiàn)有電子技術(shù)帶來(lái)巨大進(jìn)步,未來(lái)采用量子材料的處理器,運(yùn)行速度有望達(dá)到現(xiàn)有硅基芯片的千倍以上。

研究團(tuán)隊(duì)將1T-二硫化鉭(1T-TaS2)這種特殊材料置于特定光照條件下,在接近室溫的環(huán)境中,首次實(shí)現(xiàn)了可穩(wěn)定維持?jǐn)?shù)月的“隱藏金屬態(tài)”。這種材料如同電子世界的“變形金剛”,既能像銅線般導(dǎo)電,又能像橡膠般絕緣,且狀態(tài)轉(zhuǎn)換只需瞬間完成。

量子材料在金屬導(dǎo)電狀態(tài)和絕緣狀態(tài)之間快速切換,這種效應(yīng)就像晶體管切換電子信號(hào)。當(dāng)前處理器的工作頻率在千兆赫級(jí)別,而量子材料的應(yīng)用可能直接將這個(gè)數(shù)字提升千倍,達(dá)到太赫茲級(jí)別。

過(guò)去科學(xué)家面臨兩大難題:一是材料狀態(tài)轉(zhuǎn)換難以持久,往往只能維持幾毫秒;二是需要在接近絕對(duì)零度的極端環(huán)境下操作。最新研究不僅將操作溫度提升到實(shí)用范圍,更讓材料狀態(tài)可穩(wěn)定保持?jǐn)?shù)月。

傳統(tǒng)電子設(shè)備需要同時(shí)使用導(dǎo)電和絕緣材料,并精確控制兩者界面。最新研究意味著,未來(lái)僅需一種材料,通過(guò)光照調(diào)控就能實(shí)現(xiàn)全部功能。

研究團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào),現(xiàn)有半導(dǎo)體三維堆疊技術(shù)已接近物理極限,為進(jìn)一步提升信息存儲(chǔ)能力和工作速度,需要全新的范式。量子計(jì)算是解決途徑之一,材料創(chuàng)新則是另一種解決途徑,這正是最新研究的真正意義所在。