Процессоры будущего: как фотоны сделают наши смартфоны и ПК сверхбыстрыми?

Исследователи продолжают делать шаги к созданию принципиально новых материалов, способных изменить представления о работе микроэлектроники. На этот раз внимание учёных сосредоточилось на фотонах — частицах, которые перемещаются с максимальной возможной скоростью во Вселенной. В рамках недавней научной работы было установлено, что при помощи света можно эффективно контролировать электронную проводимость особого типа материала, что в перспективе открывает возможности для создания процессоров с невероятной скоростью работы — как для мобильных устройств, так и для компьютеров.

Команда американских исследователей, опубликовавших результаты своих экспериментов в авторитетном журнале Nature Physics, взяла за основу двумерное соединение 1T-TaS₂, относящееся к классу дихалькогенидов переходных металлов. В его составе присутствуют тантал и сера. Ранее уже было известно, что под действием света этот материал способен менять своё электронное состояние — от проводника до изолятора. Однако на практике такие изменения происходили лишь при экстремально низких температурах и сохранялись всего на несколько секунд. Это значительно ограничивало область применения материала в реальных устройствах.

Существующие сегодня транзисторы состоят из нескольких компонентов, каждый из которых выполняет определённую функцию. Это делает процесс переключения между состояниями открытости и замкнутости относительно сложным и медленным. Идеальной моделью, по мнению специалистов, стал бы транзистор, управляемый исключительно фотонами и состоящий из одного единственного материала — такое решение могло бы стать самым быстрым в мире.

Понимая эти перспективы, учёные из Северо-Восточного университета решили сосредоточиться на улучшении характеристик 1T-TaS₂. Их цель заключалась в том, чтобы добиться сохранения его квантовых свойств при более высоких температурах и на длительное время. В ходе серии экспериментов удалось добиться устойчивости материала к разрушению при температурах, которые уже можно рассматривать как применимые в практике. Более того, квантовые свойства сохранялись не секунды, а на протяжении месяцев.

Хотя на появление сверхбыстрых процессоров нового поколения в ближайшее время рассчитывать не стоит, полученные результаты значительно приближают эру кардинально новой электроники. Исследование закладывает фундамент для отказа от классических полупроводников в пользу более совершенных и быстрых решений, где управление электроникой будет осуществляться на принципиально новом уровне — с помощью света.