Derpy
Intern Writer
Vào tháng 12/1947, các nhà khoa học tại Bell Laboratories ở New Jersey (Hoa Kỳ) đã thử nghiệm transistor đầu tiên trong lịch sử. Có thể lúc đó họ chưa hiểu hết tầm quan trọng của khoảnh khắc này, nhưng nó đã khởi động một cuộc cách mạng công nghệ làm thay đổi cả thế giới. Transistor, như một công tắc bật/tắt trong các mạch điện, đã cho phép máy tính thu nhỏ từ những cỗ máy khổng lồ chỉ chiếm cả một phòng đến những thiết bị mà chúng ta có thể bỏ túi.
Hiện nay, một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Đại học Northeastern dẫn đầu đang khám phá kỷ nguyên tiếp theo của transistor, sử dụng một "trạng thái kim loại tiềm ẩn" có khả năng chuyển đổi nhanh chóng từ một vật dẫn thành một vật cách điện. Nếu các kỹ sư có thể sản xuất hàng loạt những thiết bị này trong tương lai, các tác giả của nghiên cứu cho rằng chúng có thể thay thế các linh kiện silicon và tăng tốc độ điện tử gấp ít nhất 1,000 lần. Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trong tạp chí Nature Physics.
Alberto de la Torre, tác giả chính của nghiên cứu từ Đại học Northeastern, cho biết: “Các bộ xử lý hiện tại hoạt động ở gigahertz. Tốc độ thay đổi mà điều này mang lại sẽ cho phép bạn tiến tới terahertz.” Thành tựu này dựa trên một vật liệu lượng tử có tên tantalum disulfide, hay 1T-TaS2. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là "làm mát nhiệt", cho phép vật liệu này chuyển từ trạng thái dẫn điện sang cách điện ngay lập tức. Điều này được thực hiện bằng cách làm nóng và sau đó làm lạnh nhanh vật liệu qua một ngưỡng nhiệt độ quan trọng, cho phép trạng thái kim loại tiềm ẩn tồn tại song song với thuộc tính cách điện.
Theo de la Torre, “Ý tưởng là làm nóng hệ thống trên ngưỡng chuyển pha và sau đó làm lạnh nó đủ nhanh để nó không có thời gian để tái tổ chức hoàn toàn.” Khi lưới tantalum disulfide được làm lạnh với tốc độ khoảng 120 Kelvin mỗi giây (tức là 120 độ C), các điện tử sẽ tập trung lại ở một số khu vực trong khi lan tỏa ở những khu vực khác. Điều này tạo ra một mẫu sóng gọi là pha sóng mật độ điện tích (CDW), trong đó một số pha có thể dẫn điện trong khi những pha khác lại cách điện. Tính chất này rất hữu ích, vì các linh kiện điện hiện tại thường cần cả vật liệu dẫn điện và cách điện cho một thiết bị được kết nối qua một giao diện nào đó. Vật liệu lượng tử này cơ bản loại bỏ sự cần thiết của những linh kiện đó, thay vào đó sử dụng một vật liệu được kiểm soát bởi chính ánh sáng.
Gregory Fiete, một đồng tác giả của nghiên cứu từ Đại học Northeastern, nói: “Mọi người từng sử dụng máy tính đều có lúc ước gì thứ gì đó tải nhanh hơn.” Ông nhấn mạnh rằng: “Không có gì nhanh hơn ánh sáng, và chúng tôi đang sử dụng ánh sáng để kiểm soát các thuộc tính vật liệu với tốc độ nhanh nhất có thể theo quy luật vật lý.”
Trạng thái hỗn hợp này chỉ ổn định ở nhiệt độ khoảng -63 độ C (210 Kelvin) - một nhiệt độ khá lạnh nhưng vẫn ấm hơn so với những nhiệt độ gần như tuyệt đối bằng không mà các trạng thái liên quan khác cần. Điều thú vị là vật liệu này cũng giữ trạng thái đã lập trình trong nhiều tháng, vì vậy có khả năng được sử dụng trong các thiết bị máy tính trong tương lai gần. Phát hiện này cũng có thể trở thành một lợi thế lớn cho trí tuệ nhân tạo, vốn tiêu tốn rất nhiều năng lượng chỉ để di chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý. Các vật liệu như 1T-TaS2 có thể lý thuyết thực hiện “tính toán trong bộ nhớ” và giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng.
Thời đại của transistors và các linh kiện silicon đã hoàn toàn thay đổi thế giới, nhưng phát kiến gần 80 năm tuổi này chỉ là một bước trong hành trình chinh phục thế giới lượng tử. Phương pháp “nạp” các tấm silicon với transistor có thể đang tiến gần đến giới hạn của nó, và các tác giả nghiên cứu cho rằng đã đến lúc cần có một cách tiếp cận mới. Fiete nhấn mạnh: “Chúng ta đang ở một điểm mà để có những cải tiến tuyệt vời trong việc lưu trữ thông tin hoặc tốc độ vận hành, chúng ta cần một quy chuẩn mới. Tính toán lượng tử là một con đường để xử lý điều này, và một con đường khác là đổi mới trong vật liệu. Đó chính là nội dung của công trình này.”
Hiện nay, một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Đại học Northeastern dẫn đầu đang khám phá kỷ nguyên tiếp theo của transistor, sử dụng một "trạng thái kim loại tiềm ẩn" có khả năng chuyển đổi nhanh chóng từ một vật dẫn thành một vật cách điện. Nếu các kỹ sư có thể sản xuất hàng loạt những thiết bị này trong tương lai, các tác giả của nghiên cứu cho rằng chúng có thể thay thế các linh kiện silicon và tăng tốc độ điện tử gấp ít nhất 1,000 lần. Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trong tạp chí Nature Physics.
Alberto de la Torre, tác giả chính của nghiên cứu từ Đại học Northeastern, cho biết: “Các bộ xử lý hiện tại hoạt động ở gigahertz. Tốc độ thay đổi mà điều này mang lại sẽ cho phép bạn tiến tới terahertz.” Thành tựu này dựa trên một vật liệu lượng tử có tên tantalum disulfide, hay 1T-TaS2. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là "làm mát nhiệt", cho phép vật liệu này chuyển từ trạng thái dẫn điện sang cách điện ngay lập tức. Điều này được thực hiện bằng cách làm nóng và sau đó làm lạnh nhanh vật liệu qua một ngưỡng nhiệt độ quan trọng, cho phép trạng thái kim loại tiềm ẩn tồn tại song song với thuộc tính cách điện.
Theo de la Torre, “Ý tưởng là làm nóng hệ thống trên ngưỡng chuyển pha và sau đó làm lạnh nó đủ nhanh để nó không có thời gian để tái tổ chức hoàn toàn.” Khi lưới tantalum disulfide được làm lạnh với tốc độ khoảng 120 Kelvin mỗi giây (tức là 120 độ C), các điện tử sẽ tập trung lại ở một số khu vực trong khi lan tỏa ở những khu vực khác. Điều này tạo ra một mẫu sóng gọi là pha sóng mật độ điện tích (CDW), trong đó một số pha có thể dẫn điện trong khi những pha khác lại cách điện. Tính chất này rất hữu ích, vì các linh kiện điện hiện tại thường cần cả vật liệu dẫn điện và cách điện cho một thiết bị được kết nối qua một giao diện nào đó. Vật liệu lượng tử này cơ bản loại bỏ sự cần thiết của những linh kiện đó, thay vào đó sử dụng một vật liệu được kiểm soát bởi chính ánh sáng.
Gregory Fiete, một đồng tác giả của nghiên cứu từ Đại học Northeastern, nói: “Mọi người từng sử dụng máy tính đều có lúc ước gì thứ gì đó tải nhanh hơn.” Ông nhấn mạnh rằng: “Không có gì nhanh hơn ánh sáng, và chúng tôi đang sử dụng ánh sáng để kiểm soát các thuộc tính vật liệu với tốc độ nhanh nhất có thể theo quy luật vật lý.”
Trạng thái hỗn hợp này chỉ ổn định ở nhiệt độ khoảng -63 độ C (210 Kelvin) - một nhiệt độ khá lạnh nhưng vẫn ấm hơn so với những nhiệt độ gần như tuyệt đối bằng không mà các trạng thái liên quan khác cần. Điều thú vị là vật liệu này cũng giữ trạng thái đã lập trình trong nhiều tháng, vì vậy có khả năng được sử dụng trong các thiết bị máy tính trong tương lai gần. Phát hiện này cũng có thể trở thành một lợi thế lớn cho trí tuệ nhân tạo, vốn tiêu tốn rất nhiều năng lượng chỉ để di chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ và bộ xử lý. Các vật liệu như 1T-TaS2 có thể lý thuyết thực hiện “tính toán trong bộ nhớ” và giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng.
Thời đại của transistors và các linh kiện silicon đã hoàn toàn thay đổi thế giới, nhưng phát kiến gần 80 năm tuổi này chỉ là một bước trong hành trình chinh phục thế giới lượng tử. Phương pháp “nạp” các tấm silicon với transistor có thể đang tiến gần đến giới hạn của nó, và các tác giả nghiên cứu cho rằng đã đến lúc cần có một cách tiếp cận mới. Fiete nhấn mạnh: “Chúng ta đang ở một điểm mà để có những cải tiến tuyệt vời trong việc lưu trữ thông tin hoặc tốc độ vận hành, chúng ta cần một quy chuẩn mới. Tính toán lượng tử là một con đường để xử lý điều này, và một con đường khác là đổi mới trong vật liệu. Đó chính là nội dung của công trình này.”
