Ukryte ładunki w diamentach. To one przyśpieszą pecety
Czy przyszłość komputerów kryje się w świetle i diamentach? Fizyków zaskoczyły zjawiska zachodzące wewnątrz diamentów pod wpływem ultrakrótkich impulsów światła.
Naukowcy odkryli, że wewnątrz diamentów mogą pojawiać się niewidzialne, chwilowe ładunki elektryczne, które powstają jedynie w momencie kontaktu z ultrakrótkimi impulsami światła. Choć nie da się ich zobaczyć, to właśnie one mogą okazać się rozwiązaniem pozwalającym na stworzenie komputerów nawet tysiące razy szybszych od naszych dzisiejszych pecetów.
Diamenty pod lupą naukowców
Fizycy z Politechniki Mediolańskiej zajrzeli do wnętrza materiałów w sposób, jaki jeszcze niedawno wydawał się niemożliwy. W swoich badaniach zastosowali ultrakrótkie impulsy światła, które trwały zaledwie kilka attosekund. Jest to jednostka tak mała, że w jednej sekundzie mieści się ich aż kwadrylion. Tak krótkie błyski pozwalają na dokładne zbadanie procesów zachodzących wewnątrz materiałów niemal natychmiast po ich oświetleniu. W tym przypadku chodziło o diament. Jest to nie tylko najtwardszy znany minerał, ale i idealny do testowania szybkich reakcji optycznych materiał.
W trakcie eksperymentów fizycy zaobserwowali coś naprawdę niezwykłego. Oprócz klasycznych elektronów pojawiały się także tzw. wirtualne ładunki. Są to krótkotrwałe stany kwantowe, które nie istnieją na stałe, a powstają jedynie w trakcie oddziaływania światła z materią i niemal natychmiast znikają. Dzięki temu naukowcy mogli sprawdzić, jak diament reaguje na światło i jak zmieniają się jego właściwości optyczne. Taka wiedza może być istotna w kontekście działania ultraszybkich urządzeń elektronicznych.
Nowa fizyka dla nowych technologii
W swojej pracy badacze wykorzystali zaawansowaną technikę spektroskopii odbiciowej w skali attosekundowej. Wszystko po to, by precyzyjnie zbadać zmiany zachodzące w strukturze elektronowej diamentu. Następnie porównali wyniki z komputerowymi symulacjami, co pozwoliło im odróżnić wpływ zwykłych elektronów od tych wirtualnych. Okazało się, że to właśnie wirtualne przejścia elektronowe, czyli krótkotrwałe zmiany energii bez trwałego przemieszczenia ładunku, odpowiadają za część odpowiedzi optycznej materiału. Innymi słowy: nie trzeba nawet przesuwać elektronów, by uzyskać efekt. Wystarczy samo światło.
Nowe odkrycie ma naprawdę spory potencjał technologiczny. Dzisiejsze komputery, a konkretniej ich układy, działają z prędkością liczonych w gigahercach. Zdobyta przez naukowców z Mediolanu wiedza może pomóc doprowadzić do powstania urządzeń pracujących z częstotliwościami petaherców! To bilion operacji na sekundę, czyli tysiąc razy więcej. Jednak aby to osiągnąć, musimy nauczyć się wykorzystywać zarówno klasyczne elektrony, jak i te wirtualne, które pojawiają się tylko na ułamek sekundy.
Diamenty to dopiero początek
Choć badania przeprowadzono na diamentach monokrystalicznych, to naukowcy podkreślają, że zjawisko wirtualnych ładunków może zachodzić także w przypadku innych materiałów. Jak podkreśla prof. Matteo Lucchini, główny autor badania, istotne do dalszego rozwoju technologii petahercowej będzie dalsze łączenie eksperymentów z symulacjami, które pozwolą zrozumieć zachowanie materii w czasie rzeczywistym. Choćby trwało ono tylko attosekundę.
Przeczytaj także:
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
