การใช้แสงเพื่อเร่งความเร็วชิป
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ทอีสเทิร์นในสหรัฐฯ เพิ่งประกาศการค้นพบครั้งสำคัญที่จะช่วยให้คอมพิวเตอร์และโทรศัพท์ทำงานได้เร็วกว่าเทคโนโลยีชิปซิลิกอนในปัจจุบันถึง 1,000 เท่า
ความก้าวหน้ามาจากการควบคุมวัสดุควอนตัมผ่านวิธีการที่เรียกว่าการระบายความร้อน
ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในสาขาของวัสดุควอนตัมอาจช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานได้เร็วกว่าเทคโนโลยีปัจจุบันถึง 1,000 เท่า (ภาพ: Getty)
วัสดุที่ทีมวิจัยเลือกคือ 1T-TaS₂ ซึ่งเป็นวัสดุควอนตัมพิเศษที่สามารถสลับระหว่างสองสถานะได้อย่างยืดหยุ่น ได้แก่ การนำไฟฟ้าเหมือนโลหะ หรือเป็นฉนวนเหมือนสารกึ่งตัวนำ
ก่อนหน้านี้ สถานะการนำไฟฟ้าจะปรากฏเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น และคงอยู่เพียงเสี้ยววินาที ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป
ทีมงานได้คิดค้นวิธีที่จะรักษาสถานะโลหะที่เสถียรของวัสดุไว้ใกล้อุณหภูมิห้องได้นานหลายเดือน
พวกเขาทำเช่นนี้โดยการให้ความร้อนวัสดุและทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วด้วยอัตราประมาณ 120 เคลวินต่อวินาที วิธีการนี้ทำให้วัสดุผ่านเกณฑ์การเปลี่ยนสถานะ ทำให้เกิดสถานะเฟสผสมระหว่างสถานะนำไฟฟ้าและสถานะฉนวน
นักวิทยาศาสตร์ ยังใช้แสงเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงนี้ เมื่อได้รับแสง วัสดุจะตอบสนองเกือบจะทันที โดยเปลี่ยนโครงสร้างคลื่นความหนาแน่นประจุภายใน การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ช่วยให้สถานะของโลหะมีเสถียรภาพภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่ควบคุม
ศาสตราจารย์เกรกอรี ฟีเอเต้ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยนอร์ทอีสเทิร์น กล่าวว่าทีมวิจัยกำลังควบคุมคุณสมบัติของวัสดุด้วยความเร็วสูงสุดที่ฟิสิกส์จะเอื้ออำนวย
เขาย้ำว่าการใช้แสงแทนวัสดุหลายชั้นเช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์ซิลิกอนแบบดั้งเดิมจะช่วยลดความซับซ้อนของโครงสร้างไมโครเซอร์กิตและเปิดโอกาสให้สามารถออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นถัดไปได้
ชิปมีขีดจำกัดเท่าไร?
ในอุปกรณ์ยุคปัจจุบัน โปรเซสเซอร์ทำงานที่ความถี่กิกะเฮิรตซ์ ด้วยการค้นพบนี้ นักวิจัยหวังว่าจะสามารถไปถึงความถี่เทราเฮิรตซ์ ซึ่งเร็วกว่าถึง 1,000 เท่า
ความสามารถนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากข้อมูลมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ และจำเป็นต้องมีการประมวลผลแบบเรียลไทม์ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ปัญญาประดิษฐ์ ความเป็นจริงเสมือน คอมพิวเตอร์ควอนตัม และการจำลองทางวิทยาศาสตร์
การศึกษาแสดงให้เห็นอีกว่าเมื่อแสงส่องไปที่วัสดุที่ความถี่บางความถี่ คลื่นการสั่นของโครงตาข่ายผลึกจะเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะเดียวกัน
ตัวอย่างเช่น การแกว่งที่ 2.5 เทราเฮิรตซ์สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในแอมพลิจูดของคลื่นความหนาแน่นประจุ ในขณะที่การแกว่งที่ 1.3 เทราเฮิรตซ์มีความเกี่ยวข้องกับการเลื่อนตัวของชั้นวัสดุในระดับอะตอม
ทีมวิจัยได้ตีพิมพ์ผลการวิจัยในวารสาร Nature Physics และเรียกสถานะนำไฟฟ้านี้ว่าสถานะโลหะซ่อนเร้น ในสถานะนี้ วัสดุนี้ดูเหมือนจะเป็นฉนวน แต่จริงๆ แล้วกลับยอมให้อิเล็กตรอนไหลผ่านด้วยความเร็วสูงได้ เนื่องจากบริเวณนำไฟฟ้าขนาดเล็กที่กระจายอยู่ภายในโครงสร้างของวัสดุ
วิธีการดับความร้อนช่วยให้สามารถควบคุมการนำไฟฟ้าของวัสดุได้ทันทีโดยการเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของการส่องสว่าง อัลแบร์โต เดอ ลา ตอร์เร หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว
เขาย้ำว่าความสามารถในการเขียนโปรแกรมของรัฐนี้จะช่วยนำทางไปสู่การสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลภายในวัสดุเดียวกันได้
นอกจากนี้ การศึกษาวิจัยที่เกี่ยวข้องบางกรณียังระบุถึงความเป็นไปได้ในการปรับสถานะของวัสดุผ่านห้องเรโซแนนซ์เทราเฮิรตซ์อีกด้วย
ด้วยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างออปติกภายนอก วัสดุจะตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเปลี่ยนเฟสอย่างควบคุมได้ ผลกระทบนี้คล้ายคลึงกับหลักการเพิ่มประสิทธิภาพการสั่นพ้องของแสงในอุปกรณ์เลเซอร์ แต่ประยุกต์ใช้กับวัสดุนำไฟฟ้าในระดับอะตอม
ด้วยการกำจัดอินเทอร์เฟซวัสดุหลายประเภทและใช้สารควบคุมแสงเพียงชนิดเดียว ทีมงานได้เปิดแนวทางใหม่ให้กับอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์
ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tim-ra-vat-lieu-luong-tu-giup-may-tinh-dien-thoai-nhanh-hon-1000-lan-20250805073922390.htm
การแสดงความคิดเห็น (0)