News

Novo material abre caminho para uma computação mais rápida

Uma pesquisa liderada pelo Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge identificou um material que pode ajudar a lidar com a velocidade e a energia, os dois maiores desafios para os computadores do futuro.

A pesquisa no campo da computação baseada em luz – usando luz em vez de eletricidade para a computação ir além dos limites dos computadores de hoje – está avançando rapidamente, mas permanecem barreiras no desenvolvimento de comutação óptica, o processo pelo qual a luz seria facilmente girada ‘ on ‘e’ off ‘, refletindo ou transmitindo luz sob demanda.

O estudo, publicado na Nature Communications , mostra que um material conhecido como Ta2NiSe5 pode alternar entre uma janela e um espelho em um quatrilionésimo de segundo quando atingido por um pulso de laser curto, abrindo caminho para o desenvolvimento de comutação ultrarrápida em computadores do futuro.

O material se parece com um pedaço de grafite e age como um isolante à temperatura ambiente, o que significa que quando a luz infravermelha atinge o material neste estado de isolamento, ela passa direto como uma janela. No entanto, quando aquecido, o material se torna um metal que age como um espelho e reflete a luz.

“Sabíamos que o Ta2NiSe5 poderia alternar entre uma janela e um espelho quando fosse aquecido, mas aquecer um objeto é um processo muito lento”, disse o Dr. Akshay Rao, professor da Harding University no Laboratório Cavendish, que liderou a pesquisa. “O que nossos experimentos mostraram é que um pulso curto de laser também pode disparar esse ‘flip’ em apenas 10-15 segundos. Isso é um milhão de vezes mais rápido do que os interruptores em nossos computadores atuais.”

Os pesquisadores estavam analisando o comportamento do material para mostrar a existência de uma nova fase da matéria chamada de ‘isolante excitônico’, que tem sido experimentalmente desafiador de encontrar desde que foi teorizado pela primeira vez na década de 1960.

“Esta fase de isolamento excitônico se parece em muitos aspectos com um isolante muito normal, mas uma maneira de distinguir entre um isolante incomum e comum é ver exatamente quanto tempo leva para se tornar um metal”, disse Rao. “Na verdade, passar de um isolador para um metal é como derreter um cubo de gelo. Os próprios átomos se movem e se reorganizam, tornando-o um processo lento. Mas em um isolante excitônico, isso pode acontecer muito rápido porque os próprios átomos não precisamos mudar para as fases de mudança. Se pudéssemos encontrar uma maneira de medir a rapidez com que essa transição ocorre, poderíamos potencialmente desmascarar o isolador excitônico. “

Para fazer esses experimentos, os pesquisadores usaram uma sequência de pulsos de laser muito curtos para primeiro perturbar o material e depois medir como sua reflexão mudou. Em temperatura ambiente, eles descobriram que quando Ta2NiSe5 foi atingido por um forte pulso de laser, exibiu assinaturas do estado metálico imediatamente, tornando-se um espelho em uma escala de tempo mais rápido do que eles poderiam resolver. Isso forneceu fortes evidências da natureza de isolamento excitônico do Ta2NiSe5.

“Este trabalho não apenas remove a camuflagem do material, abrindo mais estudos sobre seu comportamento mecânico quântico incomum, mas também destaca a capacidade única desse material de atuar como uma chave ultrarrápida”, disse a primeira autora Hope Bretscher, também do Laboratório Cavendish. “Na verdade, para que a chave ótica seja eficaz, ela não apenas deve passar rapidamente da fase isolante para a metálica, mas o processo reverso também deve ser rápido.

“Descobrimos que Ta2NiSe5 voltou a um estado de isolamento rapidamente, muito mais rápido do que outros materiais de switch candidatos. Essa capacidade de ir de espelho para janela e para espelhar novamente o torna extremamente atraente para aplicativos de computação.”

“A ciência é um processo complicado e em evolução – e achamos que fomos capazes de levar esta discussão um passo à frente. Não só agora podemos entender melhor as propriedades deste material, mas também descobrimos uma aplicação potencial interessante para ele, “disse o co-autor Professor Ajay Sood, do Instituto Indiano de Ciência em Bangalore.

“Embora a produção prática de switches quânticos com Ta2NiSe5 ainda possa estar muito distante, ter identificado uma nova abordagem para o crescente desafio de velocidade do computador e uso de energia é um desenvolvimento empolgante”, disse Rao.

Fonte: Universidade de Cambridge – Hope M. Bretscher, Paolo Andrich, Prachi Telang, Anupam Singh, Luminita Harnagea, AK Sood, Akshay Rao. Derretimento ultrarrápido e recuperação da ordem coletiva no isolador excitônico Ta2NiSe5 . Nature Communications , 2021; 12 (1) DOI: 10.1038 / s41467-021-21929-3

Print Friendly, PDF & Email

Paulo Fernando De Barros

Colunista e editor para a Noruega em Duna Press Jornal e Magazine, reportando os assuntos e informações sobre atualidades culturais, sócio-políticas e econômicas da região.
Botão Voltar ao topo