Ученые придумали материал для квантовых устройств: пользоваться сможет каждый

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США добились прорыва, который позволит создать новый вид микроэлектронного материала, способного потреблять лишь часть электроэнергии, сохраняя при этом максимальную производительность, пишет Techxplore.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials, команда из Аргонна предложила новый вид техники "окислительно-восстановительного вентиля", контролирующего движение электронов в полупроводниковый материал и из него.

Интегральные схемы, питающие любые электронные устройства, становятся мощнее и меньше. Эта тенденция в микроэлектронике в последние годы только усилилась, поскольку ученые пытаются разместить на чипе все больше полупроводниковых компонентов. И тут возникает проблема: из-за небольших размеров и высокого энергопотребления микроэлектроника постоянно перегревается. Чтобы избежать перегрева, электроника должна потреблять лишь часть электроэнергии, но тогда она теряет в производительности.

Новый метод позволит решить обе проблемы за счет химической реакции, вызывающей перенос электронов. Микроэлектронные устройства обычно полагаются на электрический "эффект поля", чтобы контролировать поток электронов для работы. В ходе эксперимента ученые разработали устройство, которое смогло регулировать поток электронов от одного конца к другому, прикладывая напряжение — по сути, своего рода давление, проталкивающее электричество — через материал, действующий как своего рода электронные ворота. Когда напряжение достигало определенного порога, примерно половины вольта, материал начинал инжектировать электроны через затвор из исходного окислительно-восстановительного материала в материал канала.

Используя напряжение для изменения потока электронов, полупроводниковое устройство функционировало как транзистор, переключаясь между более проводящим и более изолирующим состояниями. Ученые подчеркнули, что эти материалы можно многократно использовать без ухудшения производительности.

"Режим субвольта, в котором работает этот материал, представляет огромный интерес для исследователей, стремящихся создать схемы, которые действуют аналогично человеческому мозгу, который также работает с большой энергоэффективностью", — сказал ученый-материаловед Вэй Чен, один из соавторов исследования.

Феномен окислительно-восстановительного вентиля также может быть полезен для создания новых квантовых материалов, фазами которых можно манипулировать при малой мощности, сказал физик Хуа Чжоу, принимавший участие в исследовании. Более того, метод окислительно-восстановительного вентилирования может применяться к универсальным функциональным полупроводникам и низкоразмерным квантовым материалам, состоящим из устойчивых элементов.

Ранее мы писали о том, что создан самый большой процессор в мире WSE-3 на 900 тысяч ядер. На основе WSE-3 будут созданы суперкомпьютеры, способные обучить нейросеть Llama 70B компании Meta всего за 24 часа.