剑桥大学 信用:ORNL 剑桥大学卡文迪什实验室领导的研究已经确定了一种材料，可以帮助解决速度和能量这两个未来计算机面临的最大挑战
基于光的计算领域的研究——用光代替电进行计算以超越当今计算机的限制——进展迅速，但在发展光交换方面仍然存在障碍，光交换是一种很容易“开”和“关”的过程，可以根据需要反射或传输光
发表在《自然通讯》上的这项研究表明，一种被称为Ta2NiSe5的材料在被短激光脉冲击中时，可以在十亿分之一秒内在窗户和镜子之间切换，为未来计算机超快速切换的发展铺平了道路
这种材料看起来像一大块铅笔芯，在室温下充当绝缘体，这意味着当红外光照射在这种绝缘状态下的材料上时，它就像窗户一样直接穿过
然而，当加热时，这种材料就变成了一种金属，起着镜子的作用并反射光线
“我们知道Ta2NiSe5在加热时可以在窗户和镜子之间切换，但是加热一个物体是一个非常缓慢的过程，”Dr
阿克谢·拉奥，哈丁大学卡文迪许实验室的讲师，领导了这项研究
“我们的实验表明，短激光脉冲也能在10-15秒内触发这种‘翻转’
这比我们目前计算机中的交换机快一百万倍
" 研究人员正在研究这种材料的行为，以显示一种叫做“激子绝缘体”的新物质相的存在，自20世纪60年代首次理论化以来，这一直是一个实验性的挑战
饶说:“这种激子绝缘相在许多方面看起来像一种非常普通的绝缘体，但区分不同寻常的绝缘体和普通绝缘体的一种方法是看它变成金属需要多长时间。”
“对普通人来说，从绝缘体变成金属就像融化一块冰块
原子本身会移动位置并重新排列，这是一个缓慢的过程
但是在激子绝缘体中，这可能发生得非常快，因为原子本身不需要移动来转换相位
如果我们能找到一种方法来测量这种转变发生的速度，我们就有可能揭开激子绝缘体的面纱
" 为了做这些实验，研究人员使用一系列非常短的激光脉冲首先扰动材料，然后测量其反射如何变化
在室温下，他们发现当Ta2NiSe5被强激光脉冲击中时，它立即显示出金属状态的特征，在一个时间尺度上变成一面镜子，比他们能够分辨的还要快
这为Ta2NiSe5的激子绝缘性质提供了有力的证据
同样来自卡文迪什实验室的第一作者霍普·布雷特舍尔说:“这项工作不仅揭开了这种材料的伪装，为其不寻常的量子力学行为开辟了进一步的研究，还突出了这种材料作为超快开关的独特能力。”
“事实上，为了使光开关有效，它不仅必须从绝缘相快速过渡到金属相，而且反向过程也必须快速
“我们发现Ta2NiSe5迅速恢复到绝缘状态，比其他候选开关材料快得多
这种从一面镜子到另一面窗户再到另一面镜子的能力，使得它对计算应用来说极具吸引力
" “科学是一个复杂而不断发展的过程——我们认为我们已经能够将这一讨论向前推进一步
“我们现在不仅可以更好地理解这种材料的特性，而且还发现了它的一个有趣的潜在应用，”来自班加罗尔的印度科学研究所的合著者阿贾·索德教授说
饶说:“虽然实际生产Ta2NiSe5量子开关可能还有很长的路要走，但找到一种新的方法来应对计算机速度和能源使用日益增长的挑战是一个令人兴奋的发展。”
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