Определён новый предел скорости сверхбыстрого электрического переключения

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC при департаменте энергетики США (DOE) зарегистрировали максимально возможную скорость переключения электрических цепей в магнетите, естественном магнитном минерале. Полученные результаты позволят осуществить инновации в транзисторах, что приведёт к созданию более производительных вычислительных устройств.

Ученые использовали когерентный источник света (LCLS) рентгеновского лазера и обнаружили, что в образце магнетита переключение занимает всего одну трилионную долю секунды, что в тысячи раз быстрее, чем в транзисторах, используемых в настоящее время. Эксперимент с LCLS также показал, как электронные структуры образца перестраиваются в непроводящие «островки», окружённые электропроводящими регионами, которые начинают формироваться сотни квадриллионных долей секунды после попадания лазерного импульса на образец. Исследование показывает, как такие проводящие и непроводящие состояния могут сосуществовать и стать основой электрических цепей в следующем поколении транзисторов.

Воздействие лазера на электронную структуру магнетита занимает трилионные доли секунды

Каждый образец сначала подвергался воздействию видимого света лазера, что фрагментировало электронную структуру материала на атомном масштабе, перестраивая её в форму островков. За лазерным «ударом» следовали яркие ультракороткие рентгеновские импульсы, которые позволили изучить сроки и детали изменений в образце, активированном первоначальным воздействием лазера.

Посредством тонкой настройки интервалов рентгеновских импульсов было точно измерено, сколько времени потребовалось материалу для перехода от непроводящего к проводящему состоянию  и наблюдались структурные изменения во время этого переходного процесса.

Магнетит приходилось охлаждать до минус 190 градусов по Цельсию, чтобы зафиксировать его электрические заряды на месте, так что следующий шаг состоит в изучении более сложных материалов, способных работать при комнатной температуре. Исследователи уже провели следующие работы, посвященные гибридному материалу, который демонстрирует сходные свойства в плане сверхбыстрого переключения при почти комнатной температуре, что делает его лучшим кандидатом для коммерческого использования, чем магнетит.