Całkiem możliwe, że zbliżające się coraz bardziej fizyczne granice rozwoju technologii opartej na krzemie zostaną przesunięte daleko w przyszłość dzięki zastosowaniu zupełnie nowych materiałów do wytwarzania układów elektronicznych i telekomunikacyjnych. Mowa tutaj o materiałach kwantowych, których możliwości są nieporównanie większe od możliwości obecnych technologii.
Badacze z Genewy we współpracy z fizykami z całego świata opracował właśnie zupełnie nowy materiał, którego budowa wpływa sprawia, że przynajmniej teoretycznie można kontrolować przepływ elektronów poprzez zakrzywianie przestrzeni, w której owe elektrony ewoluują. Artykuł naukowy został właśnie opublikowany w periodyku naukowym Nature Materials.
Naukowcy stworzyli materiał, w którym ruch elektronów można kontrolować zakrzywiając przestrzeń na poziomie kwantowym. Jak to możliwe?
Jeżeli chcemy precyzyjnie kontrolować ruch elektronów w materiale, siłą rzeczy konieczne będzie przygotowanie materiału równie precyzyjnie na poziomie atomowym. W tym celu naukowcy opracowali system wytwarzania materiałów w skali atomowej za pomocą laserów. To właśnie wiązki laserowe pozwalają nakładać na siebie kolejne warstwy atomów w taki sposób, aby ostatecznie powstał określony układ atomów w przestrzeni. Precyzyjne ułożenie atomów w przestrzeni określa właściwości całego materiału.
Czytaj także: Naukowcy odkryli element, dzięki któremu materiał kwantowy posiada niezwykłe właściwości
W przypadku materiału stworzonego na Uniwersytecie w Genewie naukowcy opracowali materiał zdolny do przetwarzania sygnałów elektromagnetycznych w skali pikosekund, a mówiąc bardziej obrazowo na poziomie jednej bilionowej części sekundy, albo liczbowo 0,000000000001 sekundy. Oczywiście należy tutaj podkreślić, że materiały takie jak krzem oraz inne obecnie używane w codziennej elektronice półprzewodniki nawet nie zbliżają się swoimi możliwościami do takich prędkości.
W opisie swojego wynalazku naukowcy wskazują, że elektrony znajdujące się w materiale kwantowym mogą przechwytywać i przekazywać sygnały przenoszące informacje, np. takie jak fotony i robić to na częstotliwościach, które dotąd w ogóle nie były wykorzystywane. To z kolei oznacza potencjał do tworzenia sieci komunikacyjnych o bardzo dużej przepustowości.
Materiały kwantowe to jednak znacznie więcej niż tylko duże prędkości i wyższa wydajność. Chyba najbardziej fascynujące w nich jest to, czego nie można zrozumieć za pomocą intuicji. Według badaczy elektrony przemieszczające się w takim materiale ewoluują. Zakrzywienie przestrzeni powstające w takim materiale, które nie występuje w konwencjonalnych materiałach wykorzystywanych w przemyśle wysokich technologii, można kontrolować. Aby jednak osiągnąć taki wynik, badacze za pomocą laserów stworzyli warstwę tytanianu strontu i nałożyli na nią warstwę glinianu lantanu. Między tymi dwoma warstwami powstała cienka warstwa wolnych elektronów.
Czytaj także: Naukowcy zaobserwowali niezwykły stan kwantowy. To pierwszy taki przypadek w historii
Naukowcy studzą przy tym entuzjazm miłośników technologii. Owszem prace teoretyczne i laboratoryjne naukowcy mają już za sobą. Nie zmienia to faktu, że miną jeszcze lata zanim będzie można taki materiał zastosować w technologii użytkowej. Z drugiej strony, ten sam materiał właśnie otworzył badaczom i inżynierom drzwi do stworzenia nowych technik manipulacji sygnałami elektromagnetycznymi. Teraz jednak kolejna ciężka przeprawa: na najbliższe miesiące naukowcy planują badanie możliwości i ograniczeń nowego materiału. Nie zmienia to faktu, że odkrycia tego typu, które otwierają nam drzwi do zupełnie nowej fizyki pozwala wierzyć w to, że postęp nauki i rozwoju technologii nie zbliża się wielkimi krokami do ściany. Być może za jakiś czas okaże się, że właśnie teraz otwarto wrota do zupełnie nowych możliwości, które pozwolą na stworzenie technologii, o których dzisiaj jeszcze nikt nie myśli.