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.

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.