Vật liệu lượng tử: Đột phá trong công nghệ điện tử với tốc độ vượt trội

Trong thời đại công nghệ phát triển nhanh chóng, việc tìm kiếm những vật liệu mới có khả năng cải thiện hiệu suất của thiết bị điện tử đang trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu. Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, một loại vật liệu lượng tử có thể giúp các thiết bị điện tử hoạt động nhanh hơn gấp 1.000 lần so với công nghệ hiện tại.

Alberto De la Torre sử dụng quá trình nung nóng và làm mát có kiểm soát để khiến vật liệu lượng tử chuyển đổi giữa trạng thái dẫn điện và cách điện. Ảnh: Đại học Northeastern

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Physics, nhóm nghiên cứu do Alberto De la Torre dẫn đầu đã phát hiện ra rằng, việc kiểm soát quá trình nung nóng và làm lạnh một vật liệu lượng tử có thể tạo ra sự chuyển đổi giữa trạng thái dẫn điện và cách điện, tùy thuộc vào nhiệt độ. Vật liệu này, được gọi là 1T-TaS₂, có tiềm năng thay thế silicon trong các thiết bị điện tử như máy tính xách tay và điện thoại thông minh, đồng thời chiếm ít không gian hơn.

Nếu 1T-TaS₂ được áp dụng trong các thiết bị điện tử, khả năng xử lý thông tin của chúng có thể tăng lên gấp 1.000 lần. Theo Alberto De la Torre, các bộ xử lý hiện tại hoạt động ở tần số gigahertz, trong khi vật liệu mới này có thể đạt tần số terahertz, mở ra khả năng tính toán chưa từng có.

Phương pháp mà nhóm nghiên cứu áp dụng được gọi là làm nguội nhiệt, trong đó ánh sáng được chiếu lên vật liệu để kích thích nó tăng nhiệt độ. Đặc tính dẫn điện kim loại của 1T-TaS₂ được kích hoạt trong quá trình này, cho phép nó hoạt động như một chất dẫn điện.

Trước đây, các nhà khoa học đã đạt được trạng thái “kim loại ẩn” ở nhiệt độ cực thấp, nhưng chỉ trong thời gian ngắn. Nghiên cứu mới cho thấy rằng, với các biến động nhiệt ở nhiệt độ thực tế (khoảng -73 độ C), vật liệu này có thể duy trì độ dẫn điện trong thời gian dài hơn, thậm chí lên đến nhiều tháng.

Khi không có ánh sáng chiếu vào, nhiệt độ của vật liệu giảm và nó trở lại trạng thái cách điện ban đầu. Điều này tương tự như cách mà bóng bán dẫn hoạt động, một thành phần quan trọng trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại.

Việc tìm kiếm cách chuyển đổi giữa các trạng thái dẫn điện ở nhiệt độ cao hơn là một bước tiến quan trọng trong việc thay thế công nghệ silicon truyền thống. Vật liệu lượng tử này không chỉ giúp giảm kích thước mà còn cải thiện hiệu suất tính toán, nhờ vào khả năng điều khiển độ dẫn điện bằng ánh sáng. Nghiên cứu của De la Torre và các cộng sự mở ra một tương lai mới cho ngành công nghiệp điện tử, nơi mà các kỹ sư có thể kiểm soát ngay lập tức các đặc tính của vật liệu.

An Khang (Theo Live Science, Đại học Northeastern)

Viết một bình luận