Επιστήμονες στο Michigan State University ανακοίνωσαν μια ανακάλυψη που υπόσχεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που κατασκευάζονται οι ηλεκτρονικές συσκευές. Με τη χρήση υπερταχέων laser, κατάφεραν να κάνουν τα άτομα σε ένα εξωτικό υλικό να κινούνται με τρόπο που προσωρινά μεταβάλλει τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες. Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για μικρότερες, ταχύτερες και πιο αποδοτικές συσκευές, από smartphones και laptops μέχρι μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.
Το υλικό που επέλεξαν είναι το διτελλουρίδιο του βολφραμίου (WTe2), που αποτελείται από ένα στρώμα ατόμων βολφραμίου εγκλωβισμένο ανάμεσα σε δύο στρώσεις τελλουρίου. Η ομάδα τοποθέτησε το WTe2 κάτω από ένα εξειδικευμένο μικροσκόπιο σάρωσης, σχεδιασμένο ώστε να απεικονίζει μεμονωμένα άτομα. Αντί να «βλέπει» εικόνες, το μικροσκόπιο «αισθάνεται» την παρουσία ατόμων μέσω ηλεκτρικού σήματος, όπως κάποιος που διαβάζει με την αφή.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, οι ερευνητές εστίασαν στο υλικό παλμούς φωτός στο φάσμα των terahertz, οι οποίοι κινούνται με ταχύτητα εκατοντάδων τρισεκατομμυρίων ταλαντώσεων το δευτερόλεπτο. Όταν αυτοί οι παλμοί έφτασαν στο άκρο του μικροσκοπίου, η έντασή τους πολλαπλασιάστηκε, αρκετή για να «ταρακουνήσει» την ανώτερη στοιβάδα ατόμων στο WTe2. Το αποτέλεσμα ήταν σαν να στραβώνει ελαφρά το πάνω φύλλο σε μια στοίβα χαρτιών: η δομή χάνει την τέλεια ευθυγράμμισή της.
Αυτή η μικρή μετατόπιση είχε εντυπωσιακές συνέπειες. Η επάνω στοιβάδα του υλικού απέκτησε νέες ηλεκτρονικές ιδιότητες που εξαφανίζονταν μόλις το laser έσβηνε. Με αυτό τον τρόπο, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα νανοδιακόπτη, ικανό να αλλάζει προσωρινά τη συμπεριφορά του υλικού. Το ίδιο το μικροσκόπιο μπορούσε να «δει» και να καταγράψει τα άτομα να κινούνται, αποτυπώνοντας τις καταστάσεις «on» και «off» του διακόπτη.
Η δουλειά του Cocker συνδυάστηκε με τις προσομοιώσεις του Mendoza-Cortes, οι οποίες στηρίζονται σε κβαντικούς υπολογισμούς. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα, οι δύο ομάδες κατέληξαν ανεξάρτητα στα ίδια συμπεράσματα: οι στοιβάδες του WTe2 μετακινούνται κατά περίπου 7 πικομέτρα – ένα μέγεθος αδύνατο να φανεί με γυμνό μάτι αλλά κρίσιμο για τη λειτουργία του υλικού. Οι υπολογισμοί μάλιστα έδειξαν με ακρίβεια προς ποια κατεύθυνση και με ποια συχνότητα κινούνται τα άτομα, επιβεβαιώνοντας τα πειραματικά ευρήματα.
Η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι η ανακάλυψη μπορεί να αξιοποιηθεί για την ανάπτυξη νέων υλικών που θα κάνουν τις ηλεκτρονικές συσκευές πιο γρήγορες, πιο μικρές και λιγότερο ενεργοβόρες. «Σκεφτείτε το κινητό ή τον υπολογιστή σας. Κάθε εξάρτημα είναι φτιαγμένο από κάποιο υλικό που κάποτε επιλέχθηκε ως το καλύτερο για τη δουλειά. Τώρα μπορεί να βρισκόμαστε στο σημείο όπου θα ανακαλύψουμε τα υλικά της επόμενης γενιάς», είπε η Stefanie Adams, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο εργαστήριο του Cocker.
Οι εφαρμογές δεν περιορίζονται στην καθημερινή τεχνολογία. Οι νέες ιδιότητες του WTe2 ενδέχεται να παίξουν κρίσιμο ρόλο και στους κβαντικούς υπολογιστές, συστήματα που υπόσχονται επεξεργαστική ισχύ ασύλληπτη σε σχέση με τα σημερινά δεδομένα.
Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Photonics, αποδεικνύει ότι μικροσκοπικές κινήσεις ατόμων μπορούν να λειτουργήσουν σαν διακόπτες σε νανοκλίμακα, δημιουργώντας νέες δυνατότητες για την ηλεκτρονική. Με άλλα λόγια, ο «χορός» των ατόμων μπορεί να γίνει το θεμέλιο για μια νέα γενιά τεχνολογιών που θα είναι ταυτόχρονα πιο ισχυρές και πιο φιλικές προς το περιβάλλον.
[via]
