گوشیهای هوشمند هزار برابر سریعتر میشوند!
دانشمندان موفق به دستیابی به روشی نوین برای کنترل حالات الکترونیکی در مواد کوانتومی شدهاند؛ دستاوردی که میتواند انقلابی در سرعت عملکرد ابزارهای الکترونیکی از جمله تلفنهای هوشمند و لپتاپها ایجاد کند. به گفته پژوهشگران این فناوری در صورت توسعه کامل، قادر است سرعت پردازندهها را تا هزار برابر افزایش دهد.
به گزارش science alert مواد کوانتومی، موادی هستند که رفتارها و ویژگیهای آنها بر اساس قوانین مکانیک کوانتومی تعریف میشود؛ قوانینی که متفاوت از قوانین فیزیک کلاسیک عمل میکنند. در این پژوهش محققان از چندین موسسه علمی در ایالات متحده موفق شدند دمای یک مادهی کوانتومی لایهای به نام ۱T-TaS₂ را بهگونهای تنظیم کنند که بلافاصله بین دو فاز متضاد الکترونیکی ــ یعنی هادی و نیمههادی ــ تغییر وضعیت دهد.
این قابلیت که ماده بتواند بین عبور دادن یا مسدود کردن جریان الکتریکی جابهجا شود، مشابه عملکرد ترانزیستورها در تراشههای رایانهای است و نقش کلیدی در سرعت عملکرد ابزارهای دیجیتال ایفا میکند.
گرگوری فیت، فیزیکدان دانشگاه نورثایسترن میگوید: همه ما در نقطهای با تأخیر در بارگذاری اطلاعات مواجه شدهایم. هیچ چیز سریعتر از نور نیست و ما از نور برای کنترل ویژگیهای مواد استفاده میکنیم؛ آن هم در سریعترین زمانی که از نظر فیزیکی ممکن است.
در حال حاضر، ابزارهای الکترونیکی برای عملکرد صحیح نیازمند ترکیب مواد رسانا و نارسانا هستند که باید به هم متصل شوند. اما در صورت توسعه این فناوری میتوان تنها از یک مادهی قابلکنترل با نور استفاده کرد که هم نقش هادی را ایفا کند و هم عایق را؛ و این تحولی بنیادین در طراحی و تولید قطعات الکترونیکی خواهد بود.
فرآیند بهکاررفته در این پژوهش «خاموشسازی گرمایی» (thermal quenching) نام دارد. اگرچه پیشتر نیز خاصیت رسانایی و نارسانایی متناوب در ماده ۱T-TaS₂ مشاهده شده بود، اما این بار دانشمندان موفق شدند این انتقال فازی را نه تنها در دماهای قابل استفادهتر (و نه در دماهای بسیار پایین کرایوژنیک)، بلکه در بازههای زمانی چند ماهه و پایدار انجام دهند.
رمز موفقیت این دستاورد در روش دقیق گرمایش و سرمایش ماده و زمانبندی کنترلشدهی تغییر دما نهفته است؛ تغییری که باید بهاندازه کافی سریع باشد تا مؤثر واقع شود، اما نه آنقدر سریع که حالات کوانتومی ضروری در ماده فروپاشند.
فیت در ادامه تأکید میکند: یکی از چالشهای بزرگ فیزیک این است که چطور میتوان خواص مواد را مطابق میل خود کنترل کرد؟ ما بهدنبال بالاترین سطح کنترل بر خواص مواد هستیم؛ کنترل بسیار سریع با خروجی دقیق، چیزی که بتوان در ابزارهای واقعی بهکار برد.
در حالی که قطعات نیمههادی سیلیکونی در چند دهه گذشته بهخوبی نیازهای فناوری را پاسخ دادهاند، اما اکنون به مرزهای فیزیکی توان آنها رسیدهایم و این موضوع، تولیدکنندگان را بهسوی یافتن راهحلهای جایگزین سوق داده است.
اگرچه فناوری ارائهشده در این پژوهش هنوز برای استفاده مستقیم در ابزارهای مصرفی آماده نیست، اما چشماندازهای نوینی را برای طراحی نسل جدیدی از قطعات الکترونیکی و ساختارهای متفاوت فراهم میکند؛ ساختارهایی که میتوانند جهشی چشمگیر در عملکرد، ذخیرهسازی اطلاعات و سرعت محاسبات ایجاد کنند.
به گفته فیت برای دستیابی به این جهشهای شگرف در ذخیرهسازی یا سرعت عملکرد نیازمند یک پارادایم نوین هستیم. رایانش کوانتومی یکی از مسیرهاست و مسیر دیگر، نوآوری در مواد و دقیقاً این همان هدفی است که در این پژوهش دنبال شده است.
این تحقیق در نشریه معتبر Nature Physics منتشر شده است.
انتهای پیام/
