Матеріал змінив електронний стан за 30 фемтосекунд: світло може стати надшвидким перемикачем
Майбутня електроніка може працювати не лише завдяки руху електронів у транзисторах, а й через миттєву перебудову самого стану матеріалу світлом. Дослідники Science Tokyo вперше простежили, як прихований фотоіндукований стан у металоорганічній сполуці виникає буквально за десятки фемтосекунд — приблизно за 30 квадрильйонних часток секунди.
Такий часовий масштаб настільки короткий, що за одну секунду могло б уміститися понад трильйон подібних подій. Саме тому фотоіндуковані переходи розглядають як основу для надшвидких оптичних перемикачів, пам’яті та обчислювальних елементів.
Спочатку змінюються електрони, потім рухаються атоми
Команда використала ультракороткі лазерні імпульси, щоб збудити матеріал, а потім відстежувала його стан із надвисокою часовою роздільною здатністю. З’ясувалося, що електронна перебудова починається раніше за помітне переміщення атомів.
Спочатку формується короткоживучий проміжний стан, у якому змінюється розподіл електронів і характер хімічних зв’язків. Лише після цього кристалічна ґратка встигає відреагувати механічно.
Це важливо, тому що в багатьох моделях переходи між станами матеріалу описують як єдиний процес. Нові дані показують, що він складається з кількох окремих етапів, і саме найперший електронний крок може бути найшвидшим елементом майбутнього пристрою.
Що означає «прихований стан»
Прихований стан — це конфігурація матеріалу, яка не виникає в звичайних рівноважних умовах при простому нагріванні або охолодженні. Її можна створити коротким імпульсом світла, після чого вона існує певний час і має інші електричні або оптичні властивості.
Такі стани цікавлять інженерів, бо один і той самий матеріал можна перемикати між різними режимами без фізичного переміщення деталей. У перспективі це може зменшити затримки та енергоспоживання.
Поки дослідження є фундаментальним: воно не демонструє готовий процесор із фемтосекундним тактом. Але воно точно показує, на якій стадії виникає новий стан і наскільки швидко це відбувається.
Чим краще фізики розумітимуть послідовність таких переходів, тим реалістичнішим стає створення матеріалів, які можна програмовано перемикати світлом — швидше, ніж це дозволяє більшість сучасних електронних схем.
