Yavaş çalışan akıllı telefonlar veya dizüstü bilgisayarlar yüzünden yaşadığınız sıkıntı günleriniz sona erebilir: Bilim insanları, kuantum malzemelerdeki elektronik durumları kontrol etmek için yeni bir teknik keşfetti. Bu teknik, gelecekte cihazlarımızı 1.000 kata kadar daha hızlı hale getirme potansiyeli taşıyor.
Kuantum malzemeler, kuantum mekaniğinin hükmettiği, alışılmadık davranışlar ve özellikler sergileyen maddelerdir. Bu malzemeler, standart fizik yasalarının geçerli olmadığı ayrı bir fizik alanına kapı aralar.
Araştırmacılar, 1T-TaS₂ adı verilen katmanlı bir kuantum malzemenin sıcaklığını manipüle ederek, onu yalıtım ve iletkenlik olmak üzere iki zıt elektronik faz arasında anında geçiş yapmasını sağladı. Elektrik akışını engelleme veya izin verme yeteneği, bilgisayar çiplerindeki transistörlerin çalışma prensibinin temelini oluşturur.
Elbette, bir fizik laboratuvarından tüketici elektroniğine uzanan yolculuk uzun soluklu olacak, ancak bu teknoloji, cihazlarımızdaki işlemcilerin saat hızlarını – yani ne kadar hızlı çalıştıklarını – dönüştürme potansiyeline sahip.
Uzmanlar, "Bir bilgisayar kullanmış herkes, bir şeylerin daha hızlı yüklenmesini dilediği anlara rastlamıştır." diyor ve ekliyor: "Işıktan daha hızlı hiçbir şey yok ve biz, malzemelerin özelliklerini fiziksel olarak mümkün olan en hızlı şekilde kontrol etmek için ışığı kullanıyoruz."
Her elektronik cihaz hem iletken hem de yalıtkan malzemelere ihtiyaç duyar ve bu malzemelerin birbirine bağlanması gerekir. Eğer bu teknoloji geliştirilebilirse, ışıkla kontrol edilebilen, iki durum arasında geçiş yapabilen daha küçük, daha hızlı ve tek bir malzemeye sahip olacağız.
Araştırmacılar, bu sürece "termal söndürme" adını veriyor. 1T-TaS₂ malzemesi daha önce iletken ve yalıtkan arasında geçiş yapma potansiyeli göstermişti, ancak buradaki asıl çığır açan gelişme, bu geçişin kriyojenik (çok düşük) sıcaklıklar yerine daha pratik sıcaklıklarda ve saniyeler yerine aylarca sürdürülebilir olması.
Bu iyileştirmelerin anahtarı, araştırmacıların kullandığı ısıtma ve soğutma yaklaşımı ile sıcaklık değişimlerinin zamanlamasıydı: Yeterince hızlı ama gerekli kuantum durumlarının çökmesine neden olmayacak kadar yavaş bir zamanlama.
Uzmanlar, "En büyük zorluklardan biri, malzeme özelliklerini istediğiniz gibi nasıl kontrol edersiniz?" diye soruyor ve devam ediyor: "Hedeflediğimiz şey, malzeme özellikleri üzerinde en yüksek düzeyde kontrol sağlamak. Çok hızlı ve kesin bir sonuçla bir şeyler yapmasını istiyoruz, çünkü bu, bir cihazda kullanılabilecek türden bir şeydir."
Silikon tabanlı yarı iletken bileşenler onlarca yıldır bize iyi hizmet etti, ancak artık bu çiplerin sunabileceği fiziksel sınırlara yaklaşıyoruz. Bu nedenle, üreticiler alternatif seçenekler arıyor.
Şu an için 1T-TaS₂ ile kullanılan teknikler, cihazlarımızın içine yerleştirilecek kadar hazır olmasa da, önümüzdeki yıllarda ciddi performans artışları sağlayabilecek farklı bileşen türlerine ve elektronik yaklaşımlarına potansiyel yollar açıyor.
Uzmanlar, "Bilgi depolama veya işlem hızı konusunda şaşırtıcı iyileştirmeler elde etmek için yeni bir paradigmaya ihtiyacımız var." diyor ve ekliyor: "Kuantum bilgisayarlar bu sorunu ele almanın bir yolu, diğeri ise malzemelerde yenilik yapmak. Bu çalışma da aslında tam olarak bununla ilgili."
