Hãy tưởng tượng một thế giới mà máy tính của bạn khởi động chỉ trong một phần nhỏ của giây, điện thoại thông minh phản ứng theo suy nghĩ của bạn, và xe tự lái xử lý hàng tỷ điểm dữ liệu trong thời gian thực. Đây không phải là khoa học viễn tưởng; đó là tương lai tiềm năng của điện tử, và trái tim của nó nằm trong một tinh thể nhỏ gọi là 1T-TaS₂.
Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Northeastern, do Giáo sư Alberto de la Torre dẫn đầu, phối hợp cùng nhà vật lý lý thuyết Gregory Fiete, đã phát hiện ra một cách đột phá để thay đổi trạng thái điện tử của vật chất theo yêu cầu. Nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Nature Physics, có thể đánh dấu một kỷ nguyên công nghệ mới nơi ánh sáng và vật chất hòa quyện với nhau, vượt qua những giới hạn mà silicon đã đặt ra.
Nhân tố chính trong cuộc cách mạng này là vật liệu lượng tử phi thường 1T-TaS₂, một cấu trúc tinh thể có khả năng biến đổi từ chất cách điện thành chất dẫn điện và ngược lại chỉ bằng cách điều chỉnh nhiệt độ hoặc tiếp xúc với một xung ánh sáng. Quá trình này, được gọi là "làm nguội nhiệt", cho phép bản chất điện tử của vật liệu được "viết lại" một cách vĩnh viễn hoặc có thể đảo ngược, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Thậm chí còn bất ngờ hơn, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc kích hoạt một trạng thái kim loại ẩn trong 1T-TaS₂, trước đây chỉ có thể đạt được ở nhiệt độ cryogenic, giờ đây được kích hoạt ở nhiệt độ phòng.
Khía cạnh thú vị nhất? Chính ánh sáng đóng vai trò như công tắc. "Không có gì nhanh hơn ánh sáng - và chúng tôi đang sử dụng nó để thay đổi vật liệu với tốc độ cao nhất có thể," Giáo sư Fiete cho biết. Kết quả là kiểm soát tức thì các thuộc tính điện tử, với hiệu suất hứa hẹn vượt xa tốc độ hiện tại gấp một ngàn lần. Trong khi máy tính của chúng ta hoạt động ở gigahertz, lĩnh vực mới này của vật chất cho phép hoạt động trong phạm vi terahertz, mở ra những kịch bản không thể tưởng tượng cho sức mạnh tính toán, trí tuệ nhân tạo, xử lý dữ liệu, và thậm chí mô phỏng lượng tử.
Công nghệ này đại diện cho một bước tiến thực sự. Vật liệu này hoạt động như một transistor tự nhiên, có khả năng cách ly và dẫn điện mà không cần sử dụng các giao diện phức tạp. Có thể thay thế toàn bộ kiến trúc điện tử bằng một tinh thể duy nhất được điều chỉnh bằng ánh sáng, giảm kích thước, chi phí và độ phức tạp. Thông tin có thể được ghi và duy trì trong chính vật liệu, ngay cả trong thời gian dài, mà không cần nguồn điện liên tục. Phát hiện này vượt qua những giới hạn cấu trúc của silicon, hiện đang cho thấy dấu hiệu cạn kiệt trong các công nghệ tiên tiến nhất.
Điều này không chỉ là về việc tăng tốc độ cho các thiết bị của chúng ta; mà còn về việc tái tạo cách mà vật chất xử lý thông tin. Khi silicon viết những trang cuối cùng của lịch sử rực rỡ của nó, 1T-TaS₂ và các vật liệu tương tự có thể mở ra một thế hệ điện tử có thể lập trình mới. Nhanh hơn, thông minh hơn, và gần với tốc độ ánh sáng, tương lai không còn là vấn đề của hàng thập kỷ; mà là vấn đề của vật chất, và cuộc cách mạng đã bắt đầu.