光を使ってチップを高速化する
米国のノースイースタン大学の研究者らは、コンピューターや携帯電話の動作を現在のシリコンチップ技術の1,000倍高速化する画期的な発見を発表した。
この進歩は、熱冷却と呼ばれる方法を通じて量子材料を制御することから生まれます。
量子材料分野における新たな進歩により、電子機器の動作速度が現在の技術の1,000倍になる可能性がある（写真：ゲッティ）。
研究チームが選んだ材料は、金属のように電気を伝導するか、半導体のように絶縁するかの2つの状態を柔軟に切り替えることができる特殊な量子材料である1T-TaS₂です。
これまでは、導電状態は極めて低い温度でのみ現れ、ほんの一瞬しか持続しなかったため、日常的な電子機器に適用することはほぼ不可能でした。
研究チームは、材料の安定した金属状態を室温近くで数か月間維持する方法を解明した。
研究チームは、材料を加熱し、毎秒約120ケルビンの速度で急速冷却することでこれを実現しました。この方法により、材料は相転移閾値を超え、導電性と絶縁性の混合相状態を作り出しました。
科学者たちは、この転移を誘発するために光も利用しています。光が照射されると、材料はほぼ瞬時に反応し、固有の電荷密度波構造を変化させます。この変化により、制御された温度条件下で金属状態が安定に保たれます。
ノースイースタン大学の物理学者グレゴリー・フィーテ教授は、研究チームは物理学が許す最速の速度で物質の特性を制御していると語った。
彼は、従来のシリコントランジスタのような多層材料の代わりに光を使用することで、マイクロ回路構造が簡素化され、次世代の電子デバイスを設計する可能性が広がると強調した。
チップの制限は何ですか?
今日のデバイスでは、プロセッサはギガヘルツ周波数で動作します。この発見により、研究者たちは1,000倍高速なテラヘルツ周波数への到達を期待しています。
この機能は、データがますます大きくなり、人工知能、仮想現実、量子コンピューティング、科学的シミュレーションなどのアプリケーションでリアルタイム処理が求められるようになると特に重要になります。
この研究では、特定の周波数で物質に光を当てると、結晶格子の振動波がそれに応じて変化することも示されました。
たとえば、2.5 テラヘルツの振動は電荷密度波の振幅の変化を反映しますが、1.3 テラヘルツの振動は原子スケールの物質層の滑りと関連しています。
研究チームはこの結果をNature Physics誌に発表し、この導電性状態を「隠れた金属状態」と名付けました。この状態では、材料は絶縁体であるように見えますが、実際には材料構造内に分散した小さな導電性領域の組み合わせにより、電子が高速で流れることを可能にします。
研究チームを率いたアルベルト・デ・ラ・トーレ氏は、熱消光法は照明環境を変えることで材料の電気伝導性を瞬時に制御できると述べた。
彼は、この状態のプログラム可能性により、同じ材料内でデータを保存および処理できる電子デバイスの作成への道が開かれることを強調しました。
さらに、いくつかの関連研究では、テラヘルツ共鳴室を通じて物質の状態を調整できる可能性も指摘されています。
外部の光学構造を変化させることで、材料は電磁場に応答し、制御された方法で位相を変化させます。この効果は、レーザーデバイスにおける光共鳴増強の原理に似ていますが、原子レベルの導電性材料に応用されています。
複数の材料インターフェースを排除し、光制御された単一の物質のみを使用することで、研究チームはマイクロエレクトロニクス産業に新たな方向性を開拓しました。
出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tim-ra-vat-lieu-luong-tu-giup-may-tinh-dien-thoai-nhanh-hon-1000-lan-20250805073922390.htm
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