Công nghệ đột phá này, nếu được áp dụng rộng rãi, có khả năng thay thế silicon trong nhiều lĩnh vực, mang đến cho chúng ta những thiết bị siêu nhỏ gọn nhưng sở hữu sức mạnh vượt trội.

Đột phá trong việc sử dụng ánh sáng để nâng cao tốc độ chip

Các nhà khoa học khai thác ánh sáng để gia tăng hiệu quả của chip

Đội ngũ nghiên cứu tại Đại học Northeastern, Hoa Kỳ, vừa công bố một phát hiện quan trọng có khả năng giúp máy tính và điện thoại di động hoạt động nhanh hơn gấp 1000 lần so với các chip silicon hiện tại.

Bước tiến này đến từ việc kiểm soát vật liệu lượng tử 1T-TaS2 thông qua một phương pháp gọi là làm nguội nhiệt.

Vật liệu mà nhóm nghiên cứu đã chọn là 1T-TaS₂ - một vật liệu lượng tử độc đáo có khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa hai trạng thái: dẫn điện như kim loại và cách điện giống như chất bán dẫn.

Trước đây, trạng thái dẫn điện chỉ xuất hiện ở nhiệt độ rất thấp và kéo dài trong vài phần giây, khiến nó gần như không thể sử dụng trong các thiết bị điện tử hàng ngày.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra cách thức duy trì trạng thái kim loại ổn định của vật liệu này tại nhiệt độ gần với phòng và kéo dài trong nhiều tháng liền.

Họ đã tiến hành nung nóng vật liệu và làm nguội nó nhanh chóng với tốc độ khoảng 120 Kelvin mỗi giây. Phương pháp này cho phép vật liệu vượt qua ngưỡng chuyển pha, dẫn đến một trạng thái pha hỗn hợp giữa dẫn điện và cách điện.

Đồng thời, các nhà khoa học cũng đã sử dụng ánh sáng để kích hoạt quá trình chuyển đổi này. Khi vật liệu được chiếu sáng, nó phản ứng gần như ngay lập tức và thay đổi cấu trúc sóng mật độ điện tích nội tại. Sự thay đổi này giúp duy trì trạng thái kim loại ổn định trong điều kiện nhiệt độ có thể điều chỉnh.

Giáo sư Gregory Fiete, một chuyên gia về vật lý tại Đại học Northeastern chia sẻ rằng, nhóm nghiên cứu đang kiểm soát đặc tính của vật liệu với tốc độ tối đa mà vật lý cho phép.

Ông cũng nhấn mạnh rằng việc sử dụng ánh sáng thay vì nhiều lớp vật liệu như trong bóng bán dẫn silicon truyền thống sẽ đơn giản hóa cấu trúc vi mạch và mở ra khả năng thiết kế các thiết bị điện tử thế hệ mới.

Vận tốc chip có thể vươn đến đâu?

Trong các thiết bị hiện tại, chip xử lý hoạt động ở tần số gigahertz. Phát hiện này hứa hẹn có thể giúp các nhà nghiên cứu đạt được tần số terahertz, nhanh gấp 1000 lần so với hiện tại.

Khả năng này đặc biệt quan trọng khi khối lượng dữ liệu ngày càng lớn và cần xử lý thời gian thực trong các ứng dụng như trí tuệ nhân tạo, thực tế ảo, tính toán lượng tử và mô phỏng khoa học.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi ánh sáng chiếu vào vật liệu ở những tần số cụ thể, các sóng dao động của mạng tinh thể có sự thay đổi tương ứng.

Chẳng hạn, dao động ở tần số 2,5 terahertz thể hiện sự thay đổi trong biên độ sóng mật độ điện tích, trong khi dao động 1,3 terahertz liên quan đến sự dịch chuyển lớp vật liệu ở quy mô nguyên tử.

Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả của họ trên tạp chí Nature Physics và gọi trạng thái dẫn điện này là trạng thái kim loại ẩn. Trong trạng thái này, dù vật liệu có vẻ như cách điện, nhưng thực tế lại cho phép dòng electron di chuyển với tốc độ cao nhờ vào sự kết hợp của các vùng dẫn điện nhỏ phân bố trong cấu trúc vật liệu.

Nhà nghiên cứu Alberto de la Torre, người đứng đầu nhóm, cho biết phương pháp làm nguội nhiệt cho phép kiểm soát ngay lập tức khả năng dẫn điện của vật liệu bằng cách thay đổi môi trường chiếu sáng.

Ông cũng nhấn mạnh tính lập trình của trạng thái này mở ra cơ hội cho việc phát triển các thiết bị điện tử có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu ngay bên trong cùng một loại vật liệu.

Đáng chú ý, một số nghiên cứu khác cũng đã ghi nhận khả năng điều chỉnh trạng thái của vật liệu thông qua các buồng cộng hưởng terahertz.

Khi cấu trúc quang học bên ngoài thay đổi, vật liệu phản ứng với trường điện từ và thay đổi trạng thái một cách có kiểm soát. Hiệu ứng này tương tự như nguyên lý tăng cường cộng hưởng ánh sáng trong các thiết bị laser nhưng được áp dụng cho các vật liệu dẫn điện ở cấp độ nguyên tử.

Bằng cách giảm thiểu số lượng giao diện vật liệu và chỉ sử dụng một chất duy nhất được điều khiển bằng ánh sáng, nhóm nghiên cứu đã mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp vi điện tử.

Hãy để lại ý kiến của bạn về công nghệ vật liệu lượng tử tại đây, chúng tôi rất vui khi nhận được phản hồi từ bạn!

Chia sẻ bài viết:

Tác giả

WEBPRESS

Biên tập viên

Hơn 7 năm biên tập nội dung về bán hàng và chuyển đổi số, tôi phân tích chuyên sâu và truyền tải thông tin phức tạp thành nội dung dễ hiểu, giúp nhà bán hàng tối ưu quy trình và nâng cao năng lực cạnh tranh.

Quy trình biên tập nội dung tại Webpress

Tags: tin webpress có thể bạn quan tâm