Специалисты Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) идентифицировали редкий квантовый материал, способный мгновенно переключаться между двумя фундаментально разными электронными режимами. Данное открытие закладывает фундамент для проектирования сверхмощных процессоров и адаптивных сенсорных систем нового поколения.
Инновационное соединение, KxNi4S2, представляет собой кристаллическую решетку из никеля и серы, в структуру которой интегрированы слои калия. Регулируя плотность калия, ученые получили возможность филигранно настраивать физико-химические параметры материала.
Профессор Меркури Канатзидис из Северо-Западного университета подчеркнул уникальность находки, отметив способность субстанции трансформировать свои квантовые фазы в рамках единой структуры. «На сегодняшний день нам не известны другие материалы, обладающие столь исключительными свойствами», — заявил он.
Иллюстрация: Nano Banana
Впервые синтезированный в 2021 году при поиске перспективных сверхпроводников, KxNi4S2 преподнес сюрприз: выяснилось, что воздействие электрического тока заставляет атомы калия перемещаться, обратимо меняя конфигурацию решетки. Этот процесс позволяет материалу переходить из состояния конусов Дирака в режим плоских зон.
В «дираковской» фазе электроны ведут себя подобно безмассовым частицам, перемещаясь с экстремально высокой скоростью. В состоянии плоских зон их движение замедляется, и они приобретают свойства более массивных объектов. Такой дуализм открывает беспрецедентные возможности для управления электронным потоком, что является критическим фактором для современной микроэлектроники.
Экспериментальные образцы были созданы в Центре наноматериалов (CNM) Аргоннской лаборатории, а их уникальные характеристики подтверждены с помощью передового источника фотонов APS. Оба научных центра функционируют под эгидой Министерства энергетики США.
Возможность программируемого переключения квантовых состояний в одном объекте радикально упрощает проектирование микросхем. Вместо сложного набора разнородных компонентов инженеры смогут использовать единую систему, меняющую свойства в реальном времени. Исследователи планируют развить этот метод синтеза, чтобы расширить семейство подобных адаптивных соединений.
Таким образом, KxNi4S2 становится ключевым звеном в эволюции квантовой электроники, предлагая инструментарий для создания более эффективных и интеллектуальных вычислительных устройств.
Источник: iXBT
