科技日報記者 劉霞
美國東北大學與布朗大學等機構(gòu)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。
