1T-TaS₂ Adlı Kuantum Malzemesi Elektronikler İçin Devrim Niteliğinde

27 Haziran’da Nature Physics dergisinde yayımlanan bir çalışmaya göre, araştırmacılar, 1T-TaS₂ adlı bir kuantum malzemesinin ısıtılması ve soğutulmasıyla elektriksel iletkenliğini kontrol edebildiler. Bu malzeme, geleneksel silikon bileşenlerin yerine geçerek elektroniklerin çok daha hızlı ve verimli çalışmasını sağlayabilir.

İLETE YALITKANLIK ÖZELLİKLERİNİ DEĞİŞTİREBİLİYOR

Araştırma ekibi, 1T-TaS₂ malzemesinin, sıcaklık değişimlerine göre elektrik iletme veya yalıtkanlık özelliklerini değiştirebildiğini ortaya koydu.

Bu keşif, elektronik cihazlar için devrim niteliğinde bir adım olarak görülüyor çünkü bu tür malzemeler, mevcut silikon bileşenlerin çok daha hızlı ve daha kompakt versiyonlarını oluşturabilir.

Araştırmaya liderlik eden Northeastern Üniversitesi’nden materyal fizikçisi Alberto de la Torre, “Bu malzeme, saniyede işleyebileceği bilgi miktarını 1.000 kat artırabilir. Şu anda işlemciler gigahertz hızlarında çalışıyor, bu teknoloji ise terahertz hızlarına ulaşmamıza olanak tanıyacak” dedi.

YÖNTEMİN ADI: TERMAL SOĞUTMA

Yeni yöntemin adı “termal soğutma” olarak biliniyor. Bu teknik, malzemeye ışık vererek sıcaklığını artırıyor ve malzeme, metalik iletkenlik özelliklerini kazanıyor.

Şimdiye kadar bu özellik yalnızca çok düşük sıcaklıklarda ve çok kısa sürelerle elde edilebiliyordu. Ancak bu yeni araştırma, 1T-TaS₂’nin bu özelliklerini -73 santigrat derecede, önceki deneylerden 250 derece daha yüksek sıcaklıklarda sürdürebileceğini gösterdi. Dahası, bu iletkenlik durumu, malzeme ışık kaynağı kapatıldığında, sıcaklık düştüğünde aylarca korunabiliyor.

Bu gelişme, transistörlerin çalışma prensibine benziyor; transistörler, günümüz elektroniklerinin çoğunda elektrik akışını kontrol eden yarı iletken cihazlardır.

Modern bilgisayarların, bir zamanlar odalar dolusu yer kaplayan makinelerden, cebimize sığacak kadar küçülmesinin arkasındaki temel faktörlerden biri de transistörlerin sürekli olarak küçülmesi olmuştur.

Şimdi ise kuantum malzemeleriyle bu prensip daha da ileriye götürülerek, elektronik cihazların daha hızlı ve daha küçük hale gelmesi hedefleniyor.

Northeastern Üniversitesi’nden teorik fizikçi Gregory Fiete, bu gelişmenin önemini şu şekilde açıkladı: “Amacımız, malzeme özellikleri üzerinde en yüksek seviyede kontrol sağlamak. Bu tür malzemeler, çok hızlı bir şekilde ve kesin bir sonuçla çalışabiliyor. Bu da onları cihazlarda kullanılabilir kılıyor.”

ÇOK KÜÇÜK ÇOK VERİMLİ

Fiete, kuantum malzemelerinin, geleneksel silikon teknolojilerinin fiziksel sınırlamalarını aşabileceğini belirtti. Silikon yarı iletkenler, çok yoğun bir şekilde yerleştirilmiş mantıksal bileşenler içeriyor, bu da fiziksel sınırlamalara yol açıyor. Ancak, kuantum malzemeleri her iki özelliği—iletkenden yalıtkana geçişi—tek bir malzeme içinde birleştirerek çok daha küçük ve verimli bir çözüm sunuyor.

Termal soğutma tekniği, ışık kullanarak iletkenliği kontrol ettiğinden, bilgisayar hızlarını artırma potansiyeline sahip. Fiete, “Birçok bilgisayar kullanıcısının karşılaştığı bir noktadır: bir şeyin daha hızlı yüklenmesini isteriz. Işıktan daha hızlı bir şey yoktur ve biz de malzeme özelliklerini ışıkla kontrol ediyoruz, bu da fiziğin izin verdiği en hızlı hızda gerçekleşiyor” dedi.

Bu yeni buluş, elektroniklerin geleceği için devrim niteliğinde bir adım olabilir. Mühendisler artık malzeme özellikleri üzerinde anlık kontrol sahibi olabilecekler. Fiete, “Eğer bilgi depolama ya da işlem hızlarında inanılmaz bir iyileşme sağlamak istiyorsak, yeni bir paradigma gereklidir. Bu çalışma tam olarak bu yeniliği ortaya koyuyor” dedi.