通過精確控溫,能讓量子材料在導電與絕緣狀態(tài)之間切換。圖片來源:美國東北大學

美國東北大學與布朗大學等機構科學家通過精確控制加熱和冷卻,即所謂的“熱淬火”技術,讓量子材料在導電與絕緣狀態(tài)間精準切換。這項發(fā)表于最新一期《自然-物理學》的研究,將為現(xiàn)有電子技術帶來巨大進步,未來采用量子材料的處理器,運行速度有望達到現(xiàn)有硅基芯片的千倍以上。

研究團隊將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,首次實現(xiàn)了可穩(wěn)定維持數(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。

量子材料在金屬導電狀態(tài)和絕緣狀態(tài)之間快速切換,這種效應就像晶體管切換電子信號。當前處理器的工作頻率在千兆赫級別,而量子材料的應用可能直接將這個數(shù)字提升千倍,達到太赫茲級別。

過去科學家面臨兩大難題: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用范圍,更讓材料狀態(tài)可穩(wěn)定保持數(shù)月。

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

研究團隊強調(diào),現(xiàn)有半導體三維堆疊技術已接近物理極限,為進一步提升信息存儲能力和工作速度,需要全新的范式。量子計算是解決途徑之一,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。