Bằng cách tìm hiểu cách một vật liệu lượng tử đặc biệt, chuyển đổi giữa hai trạng thái khác nhau - trạng thái dẫn điện và trạng thái không dẫn điện - họ tạo ra khả năng chế tạo thiết bị điện tử nhanh hơn gấp 1.000 lần so với hiện nay.
Hiện nay, hầu hết thiết bị điện tử chạy bằng các bộ phận dựa trên silicon để điều khiển dòng điện bằng bóng bán dẫn. Các bộ phận này hoạt động ở tốc độ gigahertz, là rất nhanh, nhưng khám phá mới có thể đưa các thiết bị lên tốc độ terahertz, nhanh chưa từng thấy trong công nghệ hằng ngày.
Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp gọi là “làm nguội bằng nhiệt”, gồm việc làm nóng và làm nguội vật liệu một cách cẩn thận để theo dõi xem nó có dẫn điện như kim loại hay hoạt động như chất cách điện. Sự chuyển đổi này có thể thực hiện nhanh chóng và nhiều lần, đây là chìa khóa để phát triển các thiết bị điện tử trong tương lai.
Các nhà khoa học tập trung vào vật liệu có tên là 1T-TaS₂, vật liệu lượng tử được biết đến với đặc tính hoạt động khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và cấu trúc của nó. Trước đây, các nhà khoa học chỉ có thể làm cho vật liệu này hoạt động như kim loại ở nhiệt độ cực lạnh, gần độ không tuyệt đối.
Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu tạo ra và ổn định trạng thái kim loại này ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng, đây là bước tiến lớn cho ứng dụng thực tế. Hơn nữa, vật liệu này vẫn duy trì trạng thái được lập trình trong nhiều tháng, nghĩa là nó đủ ổn định để sử dụng trong các thiết bị thực tế.
Cách kiểm soát này rất hiếm trong vật liệu lượng tử và có thể giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của ngành điện tử: phải kết hợp các vật liệu khác nhau để có được cả đặc tính cách điện và dẫn điện. Với khám phá này, một vật liệu duy nhất có thể thực hiện cả hai nhiệm vụ, chỉ cần điều khiển bằng ánh sáng.
Cách tiếp cận này giống như thay thế một hệ thống phức tạp bằng một hệ thống đơn giản hơn nhiều, sử dụng ánh sáng thay vì dây dẫn để thay đổi cách vật liệu hoạt động. Điều đó có thể dẫn đến các thiết bị nhỏ hơn, tiết kiệm điện năng hơn và hoạt động nhanh hơn bất kỳ thứ gì chúng ta từng thấy trước đây.
Nghiên cứu này công bố trên tạp chí Nature Physics, dựa trên các thí nghiệm trước đó sử dụng tia laser để thay đổi tạm thời độ dẫn điện của vật liệu. Nhưng không giống như những hiệu ứng thoáng qua đó, những thay đổi ở đây là lâu dài và xảy ra ở nhiệt độ có thể ứng dụng được.
Khi chúng ta đạt đến giới hạn về kích thước nhỏ và mật độ của chip silicon, những đột phá như nghiên cứu này mở ra một hướng đi mới. Cho dù đó là tăng tốc máy tính hay tạo ra các thiết bị lượng tử thế hệ tiếp theo, khám phá này có thể định hình tương lai của ngành điện tử.
