Američtí vědci objevili unikátní materiál, který na povel mění kvantové stavy a zrychlí počítačové čipy

Vědci ve Spojených státech objevili vzácný kvantový materiál, který dokáže na povel přepínat mezi dvěma odlišnými elektronickými stavy. Tento průlom by mohl otevřít cestu k rychlejším počítačovým čipům a adaptivním senzorům.

Tým, vedený americkou laboratoří Argonne National Laboratory (ANL), identifikoval novou, přepínatelnou kvantovou vlastnost u nového typu sulfidu niklu, známého jako KxNi4S2 (kde 0 ≤ x ≤ 1). Sloučenina obsahuje nikl a síru, které jsou sendvičově uloženy mezi vrstvami draslíku. Množství draslíku se může v závislosti na vzorku lišit od nuly do jedné.

„Můžete ladit, kolik draslíku z materiálu odejde, od plného po prázdný a vše mezi tím,“ uvedl Mercouri Kanatzidis, profesor Northwestern University, který výzkum vedl. Kanatzidis poznamenal, že materiál dokáže přepínat mezi kvantovými stavy v rámci stejné struktury. „Nemohu jmenovat jiný materiál, který by to dokázal – pokud takový existuje, není dobře známý,“ dodal.

Materiál KxNi4S2 byl poprvé vyvinut v roce 2021 v rámci projektu zaměřeného na vytváření supravodičů. Během studia jeho vlastností však vědci zjistili, že aplikací elektrického proudu lze draslík vytlačit z vrstev. To následně způsobilo kolaps sendvičové struktury a změnilo celkovou formu materiálu. Proces je reverzibilní, což materiálu umožňuje hostit dvě odlišné kvantové vlastnosti: Diracovy kužely a ploché pásy.

Tyto dva stavy hrají klíčovou roli v řízení chování elektronů. V Diracově stavu se elektrony chovají téměř jako beztížné a pohybují se extrémně rychle. Naopak stavy s plochými pásy elektrony zpomalují, takže se chovají, jako by byly těžší. Tato dualita efektivně přeměňuje materiál na „kontrolora elektronového provozu“ a umožňuje přesné ladění rychlosti a toku. Taková kontrola je v moderní elektronice velmi žádaná.

Zařízení, která dokážou dynamicky upravovat elektronické chování, by mohla výrazně zvýšit výkon, efektivitu a funkčnost široké škály technologií, jako jsou vysokorychlostní procesory a chytré senzory. Schopnost přepínat kvantové stavy v jediném materiálu by mohla zjednodušit design zařízení. Namísto použití více materiálů by se inženýři mohli spoléhat na jeden systém, který mění chování v reálném čase. Objev navíc otevírá dveře pro design nových kvantových materiálů.

„Máme mnohem lepší pochopení toho, co dává vzniknout tomuto typu sloučeniny, a nyní chceme zobecnit naši syntézní metodu, abychom našli další podobné materiály,“ uzavřel Kanatzidis. Studie byla publikována v recenzovaném časopise Matter.