Mit Licht Chips beschleunigen
Forscher der Northeastern University in den USA haben gerade eine bahnbrechende Entdeckung bekannt gegeben, die dazu beitragen wird, dass Computer und Telefone 1.000-mal schneller arbeiten als mit der aktuellen Siliziumchip-Technologie.
Der Fortschritt beruht auf der Kontrolle von Quantenmaterialien durch eine Methode namens thermische Kühlung.
Ein neuer Durchbruch auf dem Gebiet der Quantenmaterialien könnte dazu beitragen, dass elektronische Geräte 1.000-mal schneller arbeiten als die derzeitige Technologie (Foto: Getty).
Als Material wählte das Forschungsteam 1T-TaS₂, ein spezielles Quantenmaterial, das flexibel zwischen zwei Zuständen wechseln kann: elektrisch leitend wie ein Metall oder isolierend wie ein Halbleiter.
Bisher trat der leitfähige Zustand nur bei extrem niedrigen Temperaturen auf und hielt nur Bruchteile von Sekunden an, was eine Anwendung in alltäglichen elektronischen Geräten nahezu unmöglich machte.
Das Team fand heraus, wie der stabile metallische Zustand des Materials über Monate hinweg bei nahezu Raumtemperatur aufrechterhalten werden kann.
Dies gelang ihnen, indem sie das Material erhitzten und es dann mit einer Geschwindigkeit von etwa 120 Kelvin pro Sekunde schnell abkühlten. Durch diese Methode wurde das Material über eine Phasenübergangsschwelle hinausgetrieben, wodurch ein gemischter Phasenzustand zwischen leitend und isolierend entstand.
Wissenschaftler nutzen ebenfalls Licht, um diesen Übergang auszulösen. Bei Beleuchtung reagiert das Material nahezu augenblicklich und verändert seine intrinsische Ladungsdichtewellenstruktur. Diese Veränderungen halten den metallischen Zustand unter kontrollierten Temperaturbedingungen stabil.
Professor Gregory Fiete, ein Physiker an der Northeastern University, sagte, das Team kontrolliere Materialeigenschaften mit der höchsten Geschwindigkeit, die die Physik zulasse.
Er betonte, dass die Verwendung von Licht anstelle mehrerer Materialschichten wie bei herkömmlichen Siliziumtransistoren die Mikroschaltkreisstruktur vereinfacht und die Möglichkeit eröffnet, elektronische Geräte der nächsten Generation zu entwickeln.
Welche Limits gibt es für Chips?
In heutigen Geräten arbeiten Prozessoren mit Gigahertz-Frequenzen. Mit dieser Entdeckung hoffen die Forscher, Terahertz-Frequenzen zu erreichen, die 1.000-mal schneller sind.
Diese Fähigkeit ist besonders wichtig, da die Datenmenge immer größer wird und in Anwendungen wie künstlicher Intelligenz, virtueller Realität, Quantencomputing und wissenschaftlichen Simulationen eine Echtzeitverarbeitung erforderlich ist.
Die Studie zeigte außerdem, dass sich die Schwingungswellen des Kristallgitters entsprechend verändern, wenn Licht bestimmter Frequenzen auf das Material eingestrahlt wird.
Beispielsweise spiegeln Schwingungen bei 2,5 Terahertz Änderungen in der Amplitude von Ladungsdichtewellen wider, während Schwingungen bei 1,3 Terahertz mit dem Verrutschen von Materialschichten auf atomarer Ebene verbunden sind.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Physics und bezeichnete diesen leitfähigen Zustand als einen verborgenen metallischen Zustand. In diesem Zustand scheint das Material isolierend zu sein, ermöglicht aber dank einer Kombination kleiner leitfähiger Bereiche, die innerhalb der Materialstruktur verteilt sind, tatsächlich einen Elektronenfluss mit hoher Geschwindigkeit.
Die Methode der thermischen Abschreckung ermöglicht eine sofortige Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit des Materials durch Änderung der Beleuchtungsumgebung, sagte der Forscher Alberto de la Torre, der das Team leitete.
Er betonte, dass die Programmierbarkeit dieses Zustands den Weg für die Entwicklung elektronischer Geräte ebnet, die Daten im selben Material speichern und verarbeiten können.
Darüber hinaus wurde in einigen verwandten Studien auch auf die Möglichkeit hingewiesen, den Materialzustand durch Terahertz-Resonanzkammern abzustimmen.
Durch die Veränderung der äußeren optischen Struktur reagiert das Material auf das elektromagnetische Feld und ändert kontrolliert die Phase. Dieser Effekt ähnelt dem Prinzip der Lichtresonanzverstärkung in Lasergeräten, wird jedoch auf leitfähige Materialien auf atomarer Ebene angewendet.
Durch die Eliminierung mehrerer Materialschnittstellen und die Verwendung nur einer einzigen lichtgesteuerten Substanz hat das Team neue Wege für die Mikroelektronikindustrie eröffnet.
Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tim-ra-vat-lieu-luong-tu-giup-may-tinh-dien-thoai-nhanh-hon-1000-lan-20250805073922390.htm
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