Nga një dritare në një pasqyrë: Materiali i ri hap rrugën për kompjuterë më të shpejtë

Kërkimet e drejtuara nga Laboratori Cavendish në Universitetin e Kembrixhit kanë identifikuar një material që mund të ndihmojë në trajtimin e shpejtësisë dhe energjisë, dy sfidat më të mëdha për kompjuterët e së ardhmes.

Kërkimet në fushën e kompjuterave të bazuar në dritë; përdorimi i dritës në vend të energjisë elektrike duke kaluar përtej kufijve të kompjuterëve të sotëm; po lëvizin shpejt, por pengesat mbeten në zhvillimin e kalimit optik, proçesi me të cilin drita do të “fikej” dhe “ndizej” lehtësisht, duke reflektuar ose transmetuar dritë sipas kërkesës.

Studimi, i botuar në Nature Communications, tregon se një material i njohur si Ta2NiSe5 mund të kalojë midis një dritareje dhe një pasqyre në 1/4 e sekondës kur goditet nga një pulsim i shkurtër lazer, duke hapur rrugën për zhvillimin e kalimit ultra të shpejtë në kompjuterët e së ardhmes.

Materiali duket si një copë plumbi lapsi dhe vepron si një izolator në temperaturën e ambientit, që do të thotë se kur rrezet infra të kuqe godasin materialin në këtë gjendje izoluese, ato depërtojnë drejt si në një dritare. Sidoqoftë, kur nxehet, materiali sillet si një metal i cili vepron si një pasqyrë dhe reflekton dritën.

“Ne e dinim që Ta2NiSe5 mund të sillej si një dritareje dhe më pas si një pasqyrë kur nxehej, por nxehja e një objekti është një proçes shumë i ngadaltë,”- tha Dr Akshay Rao, Pedagog i Universitetit Harding në Laboratorin Cavendish, i cili drejtoi kërkimin. “Ajo që kanë treguar eksperimentet tona është se një impuls i shkurtër lazer gjithashtu mund të shkaktojë këtë kalim të sjelljes në vetëm 10-15 sekonda. Ky është një milion herë më shpejt se çelsat në kompjuterët tanë aktualë.”

Studiuesit po vërenin sjelljen e materialit për të treguar ekzistencën e një faze të re të materies të quajtur ‘izolator eksitonik’, i cili ka qenë eksperimentalisht sfidues për t’u gjetur që kur ishte përkufizuar teorikisht për herë të parë në vitet 1960.

“Kjo fazë izoluese eksitonike duket në shumë mënyra si një izolator shumë normal, por një mënyrë për të bërë dallimin midis një izolatori të pazakontë dhe të zakonshëm është të shohësh saktësisht se sa kohë duhet që ai të sillet si një metal,”- tha Rao. “Për materie normale, kalimi nga një izolator në një metal është si të shkrihet një kub akulli. Atomet vetë ndryshojnë pozicionet dhe ristrukturohen, duke e bërë atë një proçes të ngadaltë. Por në një izolator eksitonik, kjo mund të ndodhë shumë shpejt sepse vetë atomet nuk duhet të lëvizin për të kaluar fazat. Nëse do të mund të gjenim një mënyrë për të matur se sa shpejt ndodh ky tranzicion, ne mund të demaskojmë potencialisht izolatorin eksitonik.”

Për të bërë këto eksperimente, studiuesit përdorën një sekuencë të impulseve shumë të shkurtra lazer për të shtrembëruar fillimisht materialin dhe më pas për të matur se si ndryshoi reflektimi i tij. Në temperaturën e dhomës, ata zbuluan se kur Ta2NiSe5 goditej nga një impuls i fortë lazer, ai shfaqte sjellje të gjendjes metalike menjëherë, duke u kthyer në pasqyrë shumë më shpejt sesa të shkrihej. Kjo siguroi prova të forta për natyrën izoluese eksitonike të Ta2NiSe5.

“Jo vetëm që kjo punë heq maskimin e materialit, duke hapur studime të mëtejshme mbi sjelljen e tij të pazakontë mekanike kuantike, por gjithashtu nënvizon aftësinë unike të këtij materiali për të vepruar si një çelës ultra I shpejtë,”- tha autori i parë Hope Bretscher, gjithashtu nga Laboratori Cavendish. “Në fakt, që kalimi optik të jetë efektiv, jo vetëm që duhet të kalojë shpejt nga izoluesi në fazën metalike, por proçesi i kundërt duhet të jetë gjithashtu i shpejtë.

“Ne zbuluam se Ta2NiSe5 u kthye në një gjendje izoluese me shpejtësi, shumë më shpejt sesa materiale e tjera. Kjo aftësi për t’u kthyer nga pasqyrë në dritare, e për të pasqyruar përsëri, e bën atë jashtëzakonisht joshës për aplikimet kompjuterike.”

“Shkenca është një proces i komplikuar dhe në zhvillim dhe ne mendojmë se kemi qenë në gjendje ta çonim këtë diskutim një hap përpara. Jo vetëm që tani mund t’i kuptojmë më mirë vetitë e këtij materiali, por gjithashtu zbuluam një aplikim potencial interesant për të,”- tha bashkëautor Profesori Ajay Sood, nga Instituti Indian i Shkencës në Bangalore.

“Ndërsa prodhimi i çelësave kuantikë praktikisht me Ta2NiSe5 mund të jetë ende shumë larg, të arrish identifikosh një qasje të re ndaj sfidës në rritje të shpejtësisë së kompjuterit dhe përdorimi i energjisë, është një zhvillim emocionues,”- tha Rao.