Ao aquecer e resfriar um material quântico chamado 1T-TaS₂, os pesquisadores conseguiram controlar suas propriedades condutoras, mostrando que esse tipo de material pode acelerar o processamento eletrônico mil vezes.
Um novo método de alterar estados eletrônicos sob demanda pode tornar a eletrônica 1.000 vezes mais rápida e eficiente, dizem pesquisadores.
Em um novo estudo publicado em 27 de junho na revista Nature Physics , cientistas descobriram que o aquecimento e o resfriamento controlados de um material quântico permitem que ele isole e conduza eletricidade, dependendo da temperatura.
Este material, denominado 1T-TaS₂, poderia potencialmente substituir componentes convencionais de silício em eletrônicos, incluindo laptops e smartphones. Materiais quânticos poderiam realizar as mesmas tarefas mais rapidamente, ocupando exponencialmente menos espaço, sugeriu a equipe de pesquisa.
Se materiais como o 1T-TaS₂ fossem adotados para uso em eletrônica, a quantidade de informação que eles poderiam processar por segundo aumentaria mil vezes. "Os processadores trabalham em gigahertz atualmente. A velocidade de mudança que isso permitiria nos levaria a terahertz", disse Alberto de la Torre , físico de materiais da Universidade Northeastern e principal autor do estudo, em um comunicado .
Têmpera térmica
A técnica utilizada pelos pesquisadores é chamada de têmpera térmica. Ela envolve a aplicação de luz sobre um material que possui propriedades quânticas únicas quando ativado, aumentando sua temperatura. No caso do 1T-TaS₂, a característica ativada é a condutividade metálica.
Esse "estado metálico oculto" estável, como os pesquisadores o chamam no estudo, já foi alcançado anteriormente, mas apenas em temperaturas criogenicamente baixas e por menos de um segundo. A nova pesquisa demonstra que essa propriedade pode ser alcançada por flutuações de temperatura em temperaturas mais práticas — em torno de -73 graus Celsius (-100 graus Fahrenheit), mais de 250 graus mais quente do que em experimentos anteriores — afirmaram os cientistas no comunicado. Além disso, o material 1T-TaS₂ pode manter sua condutividade por meses seguidos com esse método, algo nunca antes alcançado.
Quando a luz é removida, a temperatura do material diminui e o 1T-TaS₂ retorna ao seu estado isolante original. O resultado é comparável a um transistor — um dispositivo semicondutor presente na maioria dos eletrônicos modernos que controla o fluxo de eletricidade. O avanço dos transistores, de acordo com a Lei de Moore , é frequentemente creditado com a redução do tamanho dos computadores, que antes ocupavam salas e se tornaram máquinas que cabem no seu bolso.
Entender como controlar materiais quânticos tem o potencial de transformar a eletrônica de forma semelhante, disse Gregory Fiete , físico teórico da Northeastern University e coautor do artigo, no comunicado.
"O que buscamos é o mais alto nível de controle sobre as propriedades dos materiais", disse ele. "Queremos que ele faça algo muito rápido, com um resultado muito certo, porque esse é o tipo de coisa que pode ser explorada em um dispositivo."
"Não há nada mais rápido que a luz"
Encontrar uma maneira de alternar entre estados de condutividade em temperaturas mais altas é um divisor de águas para a eventual substituição da tecnologia baseada em silício, explicou Fiete. Os semicondutores de silício tradicionais contêm muitos componentes lógicos densamente compactados, o que apresenta limitações físicas.
Como essa nova técnica combina propriedades condutoras e isolantes em um único objeto, os materiais quânticos podem realizar as mesmas tarefas que os componentes de silício, ocupando muito menos espaço. "Eliminamos um dos desafios da engenharia ao reunir tudo em um único material", disse ele.
A têmpera térmica também pode aumentar a velocidade da computação, pois depende da luz para controlar a condutividade. "Todo mundo que já usou um computador já se deparou com um ponto em que desejava que algo carregasse mais rápido", acrescentou Fiete. "Não há nada mais rápido que a luz , e estamos usando a luz para controlar as propriedades dos materiais essencialmente na velocidade mais rápida possível permitida pela física."
Esta pesquisa abre um novo futuro para a eletrônica, onde engenheiros podem ter controle instantâneo sobre as propriedades de um material. "Estamos em um ponto em que, para obter melhorias surpreendentes no armazenamento de informações ou na velocidade de operação, precisamos de um novo paradigma", disse Fiete. "É disso que este trabalho realmente trata."
Fonte: livescience
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