Medžiagų mokslo proveržis kompiuterius gali paspartinti tūkstančius kartų

Mokslo darbe, kurį publikavo žurnalas „Nature Materials“, aprašytas sėkmingas magnetito (natūraliai magnetinėmis savybėmis pasižyminčio geležies oksido) elektrinio persijungimo (t. y., kontroliuojamo pakeitimo iš nelaidžios būsenos į laidžią) stebėjimas. Gebėjimas veikti kaip jungikliui, gebančiam būti „išjungto“ (nelaidaus) ir „įjungto“ (laidaus) būsenoje, yra tranzistoriaus pagrindas. O tranzistorius yra bet kokios elektroninės grandinės bazinis elementas. Ir nors magnetitu silicio pakeisti nesitikima, tyrimas suteiks galimybes kitų, panašių medžiagų galimam taikymui.

Mokslininkai įrodė, kad magnetito elektrinis perjungimas vyksta vos per vieną trilijoninę sekundės dalį – tūkstančius kartų greičiau nei dabar naudojamuose tranzistoriuose. Teoriškai, kompiuteris, surinktas iš magnetito lustų, maždaug tiek ir būtų greitesnis už šiandienos kompiuterius. Viena problema – norint kontroliuoti magnetito elektrines savybes reikalinga gana vėsi aplinka (-190 °C), o tai reiškia, kad artimiausiu metu į mūsų stalo kompiuterius šis patobulinimas tikrai neatkeliaus.

Tiesa, už atrastąją medžiagą įdomesnis yra jos tyrimo metodas. Iki šiol mokslininkai negalėjo stebėti silicio tranzistorių persijungimo laiko, nes jų naudoti optiniai lazeriai buvo nepakankamai tikslūs. Naudodamiesi didelio intensyvumo rentgeno spindulių impulsais, trukusiais vieną kvadrilijoninę (t. y., tūkstantąją trilijoninės) sekundės dalies, jie galų gale pastebėjo persijungimo iš izoliatoriaus į laidininką akimirką. Ir jie nustatė, kad tik dalis stebėtos medžiagos atomų tapo „įjungtais“, kiti veikė kaip viduryje esančios izoliuojančios salos. Visgi elektronai sugebėjo tekėti aplink tas salas ir įrodė, kad persijungimas iš izoliatoriaus į laidininką neturi būti visiškas tam, kad medžiaga atliktų tranzistoriaus funkciją.

„Suprantame procesą. Todėl dabar imsimės medžiagų optimizavimo. O kad tai būtų praktiška, pirma reikia patyrinėti kitas medžiagas ir kitus metodus“, - sakė pagrindinis eksperimento vykdytojas ir Stanfordo instituto medžiagų bei energetikos mokslų vyr. mokslininkas Hermannas Dürras.

Iš pradžių mokslininkai eksperimentuos su medžiagomis, kurios gali veikti kambario temperatūroje. Viena iš galimybių yra vanadžio dioksidas, su kuriuo, pasak H. Dürro, jo komanda jau dirba. Jeigu jie aptiks ir kitų medžiagų, kurios elgiasi panašiai kaip magnetitas, tik aukštesnėje temperatūroje, tuomet kitas žingsnis bus sugalvoti kaip sukelti elektrinio laidumo savybių pakeitimas be lazerio – labiausiai tikimasi, kad tam pakaks trumpų, stiprių elektrinių impulsų, kaip normaliame tranzistoriuje, rašo qz.com.

„Viskas, su kuo galėtume palyginti šį procesą, yra istorija. Prireikė kelių dešimtmečių nuo pirmo puslaidininkinio tranzistoriaus pademonstravimo iki jo dabartinio technologinio dominavimo. Ir, be abejo, šis dominavimas kelia sunkumų ieškant alternatyvų. Mums reikia aptikti tikrą nugalėtoją jeigu norime aplenkti puslaidininkius“, - aiškino mokslininkas. Pasak jo, sunku numatyti kada tai galėtų nutikti, bet jis įsitikinęs, kad su kolegomis ką tik žengė svarbų žingsnį gera kryptimi.