مطالعه‌ای تازه که ۲۷ ژوئن در نشریه معتبر Nature Physics منتشر شد، نشان می‌دهد با گرم و سرد کردن کنترل‌شده یک ماده کوانتومی، می‌توان آن را بسته به دما به‌گونه‌ای تنظیم کرد که هم عایق باشد و هم رسانا. این ماده خاص که با نام ۱T-TaS₂ شناخته می‌شود، پتانسیل جایگزینی قطعات سیلیکونی رایج در لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند را دارد. پژوهشگران معتقدند مواد کوانتومی قادرند همان وظایف را سریع‌تر و با حجمی بسیار کمتر انجام دهند.
اگر چنین موادی وارد دنیای الکترونیک شوند، سرعت پردازش داده‌ها تا هزار برابر افزایش خواهد یافت. آلبرتو د لا تور، فیزیک‌دان مواد دانشگاه نورث‌ایسترن و نویسنده اصلی این تحقیق، در این‌باره گفته است: «پردازنده‌های امروزی با فرکانس گیگاهرتز کار می‌کنند، اما این فناوری نوین امکان حرکت به سمت ترابیت را فراهم می‌کند.»
به گزارش ایسنا و به نقل از لایوساینس، روش اصلی به‌کاررفته در این تحقیق، «کوئنچینگ حرارتی» نام دارد؛ روشی که در آن نور به ماده تابیده می‌شود تا دمای آن بالا رود و خاصیت رسانایی فلزی ماده فعال شود. آن‌گونه که پژوهشگران می‌گویند، این «حالت فلزی پنهان» قبلاً هم دیده شده، اما فقط در دماهای بسیار پایین و برای مدت کمتر از یک ثانیه امکان‌پذیر بود. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این حالت با نوسانات دمایی در دمای عملی‌تر و نسبتاً بالا (حدود منفی ۷۳ درجه سانتی‌گراد، یعنی بیش از ۲۵۰ درجه گرم‌تر از آزمایش‌های گذشته) قابل دستیابی است. جالب‌تر این‌که ماده ۱T-TaS₂ می‌تواند با همین روش، رسانایی خود را برای ماه‌ها حفظ کند که پیش از این سابقه نداشته است.
هنگامی که نور قطع شود، دمای ماده کاهش یافته و ۱T-TaS₂ به حالت عایق اولیه‌اش بازمی‌گردد. این عملکرد تا حد زیادی شبیه به ترانزیستورهاست؛ نیمه‌رساناهایی که در اغلب دستگاه‌های الکترونیکی امروز برای کنترل جریان برق استفاده می‌شوند. پیشرفت ترانزیستورها براساس قانون مور، یکی از عوامل اصلی کوچک‌تر شدن رایانه‌ها از حجم اتاق‌های بزرگ به اندازه یک جیب است.
گریگوری فیت، فیزیک‌دان نظری دانشگاه نورث‌ایسترن و یکی از نویسندگان این مقاله، معتقد است که درک و کنترل دقیق مواد کوانتومی می‌تواند تحول بزرگی در الکترونیک ایجاد کند. او می‌گوید: «هدف ما رسیدن به بالاترین میزان کنترل بر ویژگی‌های مواد است تا بتوانیم تغییرات سریع و قطعی در آن‌ها ایجاد کنیم که برای ساخت دستگاه‌های پیشرفته حیاتی است.»
او تأکید می‌کند: «هیچ چیزی سریع‌تر از نور نیست.» به گفته او، توانایی تغییر بین حالت‌های رسانایی در دمای بالاتر، تحولی اساسی برای جایگزینی فناوری‌های مبتنی بر سیلیکون به شمار می‌آید. قطعات سیلیکونی سنتی از تعداد زیادی بخش منطقی بسیار متراکم تشکیل شده‌اند که محدودیت‌های فیزیکی خاص خود را دارند.
از آنجا که این روش، ویژگی‌های رسانایی و عایقی را در قالب یک ماده واحد ترکیب می‌کند، می‌توان گفت که یکی از چالش‌های مهندسی با ادغام همه این قابلیت‌ها در یک ماده به‌طور مؤثر حل شده است.
کوئنچینگ حرارتی به افزایش سرعت پردازش کمک می‌کند، چون نور به‌عنوان ابزاری برای کنترل رسانایی به‌کار می‌رود. فیت می‌گوید: «هر کسی که از کامپیوتر استفاده کرده، لحظه‌ای را تجربه کرده که آرزو کرده بارگذاری سریع‌تر باشد. ما با استفاده از نور، خواص ماده را با سرعتی در حد سریع‌ترین سرعت ممکن در فیزیک کنترل می‌کنیم.»
این یافته‌ها درب‌های جدیدی را به روی آینده الکترونیک باز می‌کنند؛ آینده‌ای که در آن مهندسان می‌توانند به سرعت و به‌طور دقیق خواص مواد را تحت کنترل داشته باشند. فیت در پایان خاطرنشان کرد: «ما اکنون در نقطه‌ای هستیم که برای رسیدن به جهش‌های شگرف در ذخیره‌سازی اطلاعات و سرعت عملکرد، نیازمند رویکردی نوین هستیم. این دقیقاً همان چیزی است که این پژوهش به دنبال آن است.»
انتهای پیام
نظرات