دانشمندان با 1T-TaS₂ مرز سرعت پردازنده‌ها را جابه‌جا کردند!

کشف قابلیت پایدارسازی حالت فلزی در 1T-TaS₂ ساخت پردازنده‌هایی را نوید می‌دهد که سرعت آن‌ها از مرز محدودیت‌های فیزیکی سیلیکون عبور می‌کند.

به گزارش تک‌ناک، پژوهشگران دانشگاه نورث‌ایسترن در ایالات متحده آمریکا به کشفی مهم در حوزه مواد کوانتومی دست یافته‌اند که می‌تواند آینده پردازنده‌های کامپیوتری و موبایلی را دگرگون کند. آن‌ها موفق شده‌اند با کنترل رفتار ماده‌ای خاص، امکان دستیابی به سرعتی تا هزار برابر بیشتر از تراشه‌های سیلیکونی فعلی را فراهم کنند؛ کشفی که می‌تواند تحولی بنیادین در صنعت الکترونیک رقم بزند.

این ماده که با نام علمی 1T-TaS₂ شناخته می‌شود، نوعی کریستال دی‌کالکوژنید فلزات واسطه است. تا پیش‌از این، به ویژگی خاص ماده مذکور، یعنی توانایی تبدیل‌شدن به رسانای فوق سریع، فقط در دماهای بسیار پایین (نزدیک به دمای نیتروژن مایع) می‌شد دست یافت. بااین‌حال، اکنون تیم تحقیقاتی با استفاده از روش خنک‌سازی حرارتی (Thermal Quenching) و نور، موفق شده این حالت فلزی را تا دمای ۶۳- درجه سانتی‌گراد (۲۱۰ کلوین) پایدار نگه دارد؛ دمایی که به‌مراتب به شرایط محیطی نزدیک‌تر است و برای استفاده‌های تجاری، کاربردی‌تر محسوب می‌شود.

به نقل از نئووین، طبق یافته‌های این پژوهش، دانشمندان با ترکیب الگوهای مختلف «موج چگالی بار» (CDW) به پایداری حالت فلزی پنهان در ساختار ماده رسیدند. این حالت تاکنون فقط در دماهای بسیار پایین و به‌صورت گذرا مشاهده‌کردنی بود؛ اما حالا می‌توان آن را برای ماه‌ها در شرایط نسبتاً گرم‌تر حفظ کرد.

برای بررسی دقیق‌تر این پدیده، از ابزارهایی مانند نقشه‌برداری اشعه ایکس و طیف‌سنجی تونلی روبشی استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند که نواحی رسانا و عایق درون ماده تقارن آینه‌ای متفاوتی دارند و این تفاوت باعث می‌شود سلول‌های واحد کریستالی در یک جهت، تا سه برابر بزرگ‌تر شوند. جالب آنکه با وجود نواحی فلزی و تراکم حالات الکترونی، این ماده درمجموع همچنان به‌صورت عایق عمل می‌کند؛ زیرا ساختار لایه‌ای CDW رفتار کلی ماده را تعیین می‌کند.

پروفسور گرگوری فایته، یکی از اعضای تیم تحقیق، دراین‌باره گفت:

هر کسی که از کامپیوتر استفاده کرده باشد، تجربه انتظار برای بارگذاری برنامه‌ها را دارد. در این میان، هیچ چیز سریع‌تر از نور نیست و ما اکنون با نور در حال کنترل خواص مواد هستیم؛ آن هم در سریع‌ترین حالتی که قوانین فیزیک اجازه می‌دهد.

با توجه به محدودیت‌های فناوری سیلیکون در ابعاد نانو و تلاش مهندسان برای فشرده‌سازی و سه‌بعدی‌سازی تراشه‌ها، نیاز به موادی نوظهور که در فضاهای کوچک، کارایی بالاتری ارائه دهند، به‌شدت احساس می‌شود.

فایته در پایان اظهار کرد:

برای پیشرفت چشمگیر در سرعت و توان ذخیره‌سازی اطلاعات، به تغییر پارادایم نیاز داریم. یکی از مسیرها، رایانش کوانتومی است و مسیر دیگر نوآوری درزمینه مواد. این پژوهش دقیقاً هم‌سو با همین هدف انجام شده است.

این دستاورد که در نشریه علمی Nature منتشر شده، نه‌تنها امکان ساخت پردازنده‌های بسیار سریع‌تر را فراهم می‌کند؛ بلکه می‌تواند زمینه‌ساز نسل جدیدی از ابزارهای هوشمند و ذخیره‌سازی داده و حتی معماری‌های نوین رایانشی باشد.