Một bước đột phá trong ngành khoa học vật liệu có thể sớm biến những chiếc máy tính và điện thoại chúng ta đang dùng trở nên lỗi thời.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Northeastern (Mỹ) đã tìm ra cách dùng ánh sáng để điều khiển một loại vật liệu lượng tử, mở đường cho các bộ xử lý nhanh hơn tới 1.000 lần so với công nghệ silicon hiện tại.

Trong nhiều thập kỷ, tốc độ của các thiết bị điện tử đã được quyết định bởi bóng bán dẫn (transistor) làm từ silicon. Nhưng khi công nghệ này đang dần chạm đến giới hạn vật lý, các nhà khoa học đang tìm kiếm một mô hình mới. Và họ có thể đã tìm thấy câu trả lời trong một vật liệu có tên "1T-TaS₂".

Vật liệu lượng tử 1T-TaS₂ có thể giúp tốc độ thiết bị cao hơn gấp 1.000 lần.

Vật liệu này có một khả năng đặc biệt là chuyển đổi qua lại giữa trạng thái dẫn điện và cách điện. Tuy nhiên, trước đây nó chỉ hoạt động ở nhiệt độ cực lạnh, khiến việc ứng dụng vào thực tế là bất khả thi.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc "khóa" trạng thái hữu ích này ở nhiệt độ ấm hơn nhiều (-63°C) và duy trì nó ổn định trong nhiều tháng, đây được coi là một bước tiến vô cùng lớn.

"Các bộ xử lý hiện hoạt động ở tần số gigahertz (GHz)", trợ lý giáo sư Alberto de la Torre, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. "Tốc độ thay đổi mà phương pháp này có thể mang lại sẽ cho phép bạn đạt đến tần số terahertz (THz)" (1 THz = 1.000 GHz).

Bí quyết của họ nằm ở việc dùng ánh sáng để điều khiển. "Không có gì nhanh hơn ánh sáng, và chúng tôi đang sử dụng ánh sáng để kiểm soát các đặc tính của vật liệu ở tốc độ nhanh nhất có thể về mặt vật lý", giáo sư Gregory Fiete giải thích.

Trợ lý giáo sư Alberto de La Torre thí nghiệm vật liệu lượng tử tại Đại học Northeastern - Mỹ.

Về cơ bản, họ đã biến một vật liệu thành một chiếc công tắc siêu nhạy, bật-tắt bằng ánh sáng. Điều này không chỉ nhanh hơn mà còn đơn giản hơn rất nhiều so với cấu trúc bóng bán dẫn phức tạp hiện nay.

"Chúng tôi loại bỏ một trong những thách thức kỹ thuật bằng cách đặt tất cả vào một vật liệu duy nhất", ông Fiete nói.

Phát hiện này được xem là một "mô hình mới" cho ngành điện toán, song hành cùng với điện toán lượng tử.

Thay vì cố gắng nhồi nhét thêm nhiều bóng bán dẫn vào một con chip ngày càng chật chội, giờ đây các kỹ sư có thể hướng đến việc chế tạo các thiết bị từ những vật liệu thông minh hơn, mạnh mẽ hơn và hiệu quả hơn.