Elektronik durumları isteğe bağlı olarak değiştirmenin yeni bir yolu, cihazlarımızı 1.000 kat daha hızlı ve verimli hale getirme potansiyeli taşıyor. Yapılan yeni bir araştırmaya göre, bu çığır açan keşif, kuantum malzemelerin gelecekteki teknolojiye yön verebileceğini gösteriyor.
Bilim insanları, bilimsel bir dergide yayımlanan yeni bir çalışmada, belirli bir kuantum malzemenin kontrollü ısıtılıp soğutulmasının, sıcaklığa bağlı olarak elektriği hem yalıtabilmesini hem de iletebilmesini sağladığını keşfetti.
1T-TaS₂ adı verilen bu özel malzeme, dizüstü bilgisayarlar ve akıllı telefonlar da dahil olmak üzere günümüz elektronik cihazlarında kullanılan geleneksel silikon bileşenlerin yerini alabilir. Araştırma ekibi, kuantum malzemelerin aynı görevleri çok daha hızlı ve katlanarak daha az yer kaplayarak başarabileceğini belirtiyor.
Eğer 1T-TaS₂ gibi malzemeler elektronik endüstrisinde yaygın olarak kullanılırsa, cihazların saniyede işleyebileceği bilgi miktarı tam 1000 kat artabilir. Çalışmanın yazarlarından bir materyal fizikçisi, "İşlemciler şu anda gigahertz hızında çalışıyor. Bunun sağlayacağı değişim hızı, bizi terahertz seviyelerine çıkarabilir," şeklinde konuştu.
Termal Söndürme: Gizli Gücü Ortaya Çıkarıyor
Araştırmacıların kullandığı bu devrim niteliğindeki tekniğe termal söndürme deniyor. Bu yöntem, sıcaklığını artırmak için etkinleştirildiğinde benzersiz kuantum özelliklerine sahip bir malzemeye ışık tutmayı içeriyor. 1T-TaS₂ örneğinde, ışıkla etkinleştirilen özellik, malzemenin metalik iletkenlik göstermesi.
Çalışmada araştırmacıların "gizli metalik durum" olarak adlandırdığı bu kararlı durum, daha önce yalnızca kriyojenik (aşırı soğuk) sıcaklıklarda ve bir saniyeden kısa süreler için elde edilebiliyordu. Ancak yeni araştırma, bu özelliğin daha pratik sıcaklıklarda — yaklaşık -73 santigrat derece gibi, yani önceki deneylerden 140 dereceden fazla daha sıcak — sıcaklık dalgalanmalarıyla da elde edilebildiğini gösterdi. Dahası, bu yeni yöntemle 1T-TaS₂ malzemesi, iletkenliğini aylarca sürdürebiliyor ki bu, daha önce hiç başarılmamıştı.
Işık kaldırıldığında, malzemenin sıcaklığı düşer ve 1T-TaS₂ orijinal yalıtkan durumuna geri döner. Bu işlev, modern elektronik cihazların çoğunda bulunan ve elektrik akışını kontrol eden bir yarı iletken cihaz olan transistörlere benzetilebilir. Transistörlerin Moore Yasası'na uygun olarak gelişmesi, bir zamanlar odaları dolduran bilgisayarların cebimize sığan cihazlara dönüşmesinin ana nedeni olarak kabul edilir.
Kuantum malzemeleri kontrol etmeyi anlamak, elektroniği benzer şekilde dönüştürme potansiyeline sahip. Çalışmanın yazarlarından bir teorik fizikçi, "Hedefimiz, malzeme özelliklerinin en üst düzeyde kontrolünü sağlamak. Çok hızlı, çok kesin bir sonuç veren bir şey yapmasını istiyoruz, çünkü bunlar bir cihazda kullanılabilecek türden özellikler," ifadelerini kullandı.
"Işıktan Daha Hızlısı Yok"
Daha yüksek sıcaklıklarda iletkenlik durumları arasında geçiş yapmanın bir yolunu bulmak, silikon tabanlı teknolojinin yerini alacak bir dönüm noktası olarak görülüyor. Geleneksel silikon yarı iletkenler, yoğun bir şekilde paketlenmiş birçok mantık bileşeni içerir ve bu da fiziksel sınırlamalara yol açar.
Bu yeni teknik, hem iletken hem de yalıtkan özellikleri tek bir nesnede birleştirdiğinden, kuantum malzemeler silikon bileşenlerle aynı görevleri çok daha az yer kullanarak başarabilir. "Tümünü tek bir malzemeye entegre ederek mühendislik zorluklarından birini ortadan kaldırıyoruz," dedi aynı fizikçi.
Termal söndürme, iletkenliği kontrol etmek için ışığa dayandığı için işlem hızlarını da artırabilir. Fizikçi, "Bilgisayar kullanan herkes, bir şeyin daha hızlı yüklenmesini dilediği bir noktaya gelir," diye ekledi. "Işıktan daha hızlı bir şey yok ve biz malzemelerin özelliklerini fiziğin izin verdiği esasen en hızlı hızda kontrol etmek için ışığı kullanıyoruz."
Bu araştırma, mühendislerin bir malzemenin özelliklerini anında kontrol edebileceği elektronik için yepyeni bir gelecek açıyor. Fizikçi, "Bilgi depolama veya işlem hızı konusunda inanılmaz gelişmeler elde etmek için yeni bir paradigmaya ihtiyacımız olan bir noktadayız. Bu çalışma da tam olarak bununla ilgili," diyerek sözlerini tamamladı.
