Naukowcy robią pierwsze zdjęcia ultraszybkiego przełączania w elektronice kwantowej

Obwody elektroniczne, które obliczają i przechowują informacje, zawierają miliony maleńkich przełączników, które kontrolują przepływ prądu elektrycznego. Głębsze zrozumienie, jak działają te małe przełączniki, może pomóc naukowcom w przesuwaniu granic nowoczesnego informatyki. .

Naukowcy wykonali teraz pierwsze zdjęcia atomów poruszających się wewnątrz jednego z tych przełączników podczas włączania i wyłączania. Między innymi odkryli krótkotrwały stan wewnątrz przełącznika, który pewnego dnia może zostać wykorzystany do szybszych, bardziej energooszczędnych urządzeń obliczeniowych.

Zespół badawczy z Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Hewlett Packard Laboratories, Pennsylvania State University i Purdue University opisuje swoją pracę w artykule opublikowanym w Nauka Dzisiaj.

„Te badania są przełomem w ultraszybkiej technologii i nauce” – mówi naukowiec SLAC i współpracownik Xijie Wang. „Po raz pierwszy naukowcy zastosowali ultraszybką dyfrakcję elektronów, która może wykryć drobne ruchy atomów w materiale poprzez rozpraszanie silnej wiązki elektronów z próbki, aby obserwować działanie urządzenia elektronicznego”.

przechwytywanie sesji

W tym eksperymencie można by wykorzystać specjalnie zaprojektowane mikroelektroniczne przełączniki zespołu wykonane z dwutlenku wanadu, modelowego materiału kwantowego, który mógłby zostać wykorzystany jako klucz do przyszłych obliczeń. Materiał ma również zastosowanie w komputerach inspirowanych mózgiem ze względu na jego zdolność do tworzenia impulsów elektronicznych, które naśladują impulsy nerwowe wystrzeliwane w ludzkim mózgu.

Naukowcy wykorzystali impulsy elektryczne, aby przełączać te przełączniki między stanem izolacji a stanem przewodzenia, robiąc zdjęcia pokazujące drobne zmiany w rozmieszczeniu ich atomów w ciągu jednej miliardowej sekundy. Te zdjęcia, zrobione z Ultraszybka kamera dyfrakcji elektronów SLAC, MeV-UED, zostały zszyte razem, aby stworzyć molekularną warstwę ruchów atomów.

powiedział współpracownik Aaron Lindenberg, śledczy dla Stanford Institute of Materials and Energy Sciencess (SIMES) w SLAC i profesor na Wydziale Inżynierii Materiałowej na Uniwersytecie Stanforda. „Jednocześnie mierzy również, jak właściwości elektroniczne tego materiału zmieniają się w czasie”.

Korzystając z tej kamery, zespół odkrył nowy stan pośredni w materiale. Powstaje, gdy materiał reaguje na impuls elektryczny, przełączając się ze stanu izolującego do stanu przewodzącego.

„Stany izolujące i przewodzące mają nieco inne układy atomowe i zwykle potrzeba energii, aby przejść od jednego do drugiego” – powiedział naukowiec SLAC i współpracownik Xiaozhe Shen. „Ale kiedy przejście następuje przez ten stan pośredni, zmiana może nastąpić bez żadnych zmian w układzie atomowym”.

Otwarcie okna na ruch atomowy

Chociaż stan pośredni jest obecny przez kilka milionowych części sekundy, stabilizuje się z powodu niedoskonałości materiału.