Nye fremskridt ved brug af eksotisk stof kan føre til ultrahurtig computing

I 1960'erne, en eksotisk fase af stoffet kendt som en excitonisk isolator blev foreslået. Årtier senere, bevis for denne fase blev fundet i virkelige materialer. For nylig, særlig opmærksomhed har været centreret om Ta ₂ NiSe ₅ fordi der kan eksistere en excitonisk isolatorfase i dette materiale ved stuetemperatur. Stoffet består af elementerne tantal, nikkel, og selen, og har potentiale til at føre til gennembrud inden for mere energieffektive, hurtigere computere.

Nu, i en ny Fysisk gennemgangsbreve undersøgelse fra Caltech, forskere har, for første gang, fundet ud af, hvordan man "vender bitene" i den excitoniske isolator, der findes i Ta ₂ NiSe ₅ . Computere kommunikerer ved hjælp af et binært sprog med en og nuller, som også kaldes bits. For at computere fungerer, bitene skal tænde eller slukke (med dem der er tændt og nulstillinger slukket). Nogle af nutidens computerhardware fungerer ved at vende de magnetiske øjeblikke, eller orienteringer, af elektroner, som enten kan være op eller ned. Mens excitoniske isolatorer ikke har magnetiske øjeblikke, i Ta ₂ NiSe ₅ de rummer to iboende orienteringer, der kan bruges til at repræsentere dem og nuller.

"I tilfælde af magnetiske øjeblikke, man kan vende deres retning ved at anvende modsatte magnetfelter, for eksempel. Men der er ingen kendt ækvivalent af et magnetfelt til excitoniske isolatorer. Vi fandt på en måde at bruge lys til at udføre denne opgave, "siger David Hsieh, professor i fysik ved Caltech, medlem af Institute for Quantum Information and Matter (IQIM), og en medforfatter på det nye studie.

I det nye teoretiske og eksperimentelle studie, fysikerne demonstrerer, hvordan man bruger bursts af laserlys til at styre de excitoniske isolatorfaser på tidsskalaer, der er kortere end et picosekund, hvilket er en billioner af et sekund. Selvom arbejdet har konsekvenser for ultrahurtig computerbehandling, forskerne er også begejstrede for de grundlæggende aspekter af deres opdagelser.

"I processen med at lære at kontrollere og manipulere dette materiale, vi afslører også de underliggende naturregler for en sjælden tilstand, "siger undersøgelsens hovedforfatter Honglie Ning, en kandidatstuderende, der arbejder i Hsiehs laboratorium.

Det Fysisk gennemgangsbreve undersøgelsen har titlen "Signaturer for ultrahurtig tilbageførsel af excitonisk orden i Ta ₂ NiSe ₅ . "