Новые квантовые материалы обещают в 1000 раз ускорить работу электроники

Постепенно учёные открывают новые квантовые материалы с перспективными свойствами, которые обещают привести к прорыву в микроэлектронике. Путь к этому лежит в обуздании фотонов — самых быстрых частиц в нашей Вселенной. Новая работа показала возможность с помощью света управлять состоянием электронной проводимости одного из таких материалов, что найдёт множество применений, включая невероятно быстрые процессоры для смартфонов и компьютеров.

Источник изображения: Northeastern University

К открытию привела работа группы американских учёных, о которой они сообщили в журнале Nature Physics. За основу они взяли двумерный материал 1T-TaS₂ из семейства дихалькогенидов переходных металлов (TMDC), состоящий из тантала (Ta) и серы (S). Ранее это соединение демонстрировало возможность под воздействием света менять электронную проводимость от проводника до изолятора. Сегодня подобные элементы ключей (транзисторов) для переключения из открытого состояния в закрытое и обратно состоят из нескольких материалов, что делает процесс переключения транзистора условно многоэтапным и относительно медленным.

Управление с помощью фотонов транзистором, состоящим из всего лишь одного элемента — это предел мечтаний и, очевидно, быстрее этого не будет ничего на свете. Но была проблема. Материал 1T-TaS₂ демонстрировал свои интересные квантовые свойства всего лишь в течение нескольких секунд и только при криогенном охлаждении. Команда учёных во главе с исследователями из Северо-Восточного университета (Northeastern University) взялась буквально «закалить» материал и позволить ему проявлять эффект смены электронной проводимости при более высоких температурах.

В серии экспериментов учёные показали, что регулируя температуру материала заданным образом, удаётся сохранить его квантовые свойства без разрушения при температурах «имеющих практическую ценность». Также материал показал устойчивость в течение месяцев, а не секунд. Открытие не приведёт к появлению завтра или через год самых быстрых процессоров, однако это исследование приблизит момент появления нового поколения электроники, когда классические полупроводники полностью изживут себя в сфере наиболее производительных решений.