研究人員通過對一種名為1T-TaS?的量子材料進行加熱和冷卻，能夠控制其導電特性。研究表明，這類材料可將電子處理速度提高一千倍。

研究人員表示，這種按需改變電子態的新方法可以使電子設備的速度和效率提高1000倍。

在6月27日發表于《自然·物理學》期刊的一項新研究中，科學家們發現，對量子材料進行受控的加熱和冷卻，可以根據溫度使其既絕緣又導電。

這種名為1T-TaS?的材料，有潛力取代筆記本電腦和智能手機等電子設備中的傳統硅元件。研究團隊提出，量子材料可以在指數級縮小空間占用的同時，更快地完成相同的任務。

如果像1T-TaS?這樣的材料被用于電子設備，它們每秒可處理的信息量將增加1000倍。該研究的通訊作者、美國東北大學的材料物理學家阿爾貝托·德拉托雷在一份聲明中說：“當前的處理器工作在吉赫茲（GHz）級別。這種（材料帶來的）狀態變化速度將使你能達到太赫茲（THz）級別。”

熱淬火

研究人員使用的技術稱為熱淬火。它包括向具有獨特量子特性的材料照射光以激活其特性，從而提高其溫度。對于1T-TaS?而言，被激活的特性是金屬導電性。

研究人員在研究中稱這種穩定的狀態為“隱藏金屬態”。此前也曾實現過這種狀態，但只能在極低的低溫下維持不到一秒鐘。科學家們在聲明中表示，新研究證明，通過溫度波動可以在更實用的溫度下（約華氏零下100度，即攝氏零下73度，比過去的實驗溫度高250多度）獲得這種特性。更重要的是，使用這種方法，1T-TaS?材料能一次維持其導電性長達數月，這是前所未有的成就。

當光被移除時，材料的溫度下降，1T-TaS?會恢復到其原始的絕緣狀態。這種效果可與晶體管相媲美 —— 晶體管是大多數現代電子產品中控制電流的半導體器件。根據摩爾定律，晶體管的進步通常被認為是計算機從曾經占據整個房間的龐然大物縮小到可以放入口袋的關鍵。

該論文的合著者、美國東北大學理論物理學家格雷戈里·菲耶特在聲明中說，理解如何控制量子材料有潛力類似地變革電子領域。

“我們的目標是實現對材料特性的最高水平控制，”他說，“我們希望它能非?？焖俚刈龀瞿撤N反應，并產生非常確定的結果，因為這類特性才能在設備中被利用?！?/p>

“沒有什么比光更快”

菲耶特解釋說，找到在更高溫度下切換導電狀態的方法，對于最終取代硅基技術具有變革性意義。傳統的硅半導體包含許多密集堆疊的邏輯元件，這存在物理限制。

由于這種新技術將導電和絕緣特性結合到單一物體中，量子材料可以在占用空間小得多的情況下完成與硅元件相同的任務。“我們通過將所有功能集成到一種材料中，消除了一項工程挑戰，”他說。

熱淬火還可能提高計算速度，因為它依賴光來控制導電性?！懊總€使用過電腦的人都曾希望某些東西能加載得更快，”菲耶特補充道，“沒有什么比光更快，而我們正在使用光以物理學允許的最快速度來控制材料特性?！?/p>

這項研究為電子學開辟了一個新的未來，工程師可以即時控制材料的特性。“我們正處于這樣一個階段：為了在信息存儲或運行速度方面取得驚人提升，我們需要一個新范式，”菲耶特說，“這正是這項工作的真正意義所在?！?/p>

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