科學(xué)家發(fā)現(xiàn)磁鐵礦電子開關(guān)速度可達(dá)萬億分之一秒

近日消息，美國科學(xué)家表示，他們發(fā)現(xiàn)普通磁鐵礦內(nèi)的電子開關(guān)一次僅需萬億分之一秒，這一速度或許創(chuàng)下了新高。發(fā)表在今天出版的《自然·材料學(xué)》雜志的最新研究將有助于科學(xué)家們研制出更“迷你”的晶體管，最終制造出速度更快、功能更強(qiáng)的計(jì)算設(shè)備。

美國能源部利用斯坦福直線加速器中心(SLAC)的線性加速器相干光源(LCLS)X射線激光器發(fā)現(xiàn)，磁鐵礦樣本中的電子開關(guān)一次僅需萬億分之一秒，其速度是現(xiàn)在使用的晶體管的數(shù)千倍。該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、SLAC兼斯坦福大學(xué)的材料學(xué)教授如帕里·庫克瑞嘉表示：“最新研究首次揭示了這種材料中電子開關(guān)的‘速度極限’。”

在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們先用一臺(tái)可見光激光器朝樣本發(fā)射激光，緊接著，再朝樣本發(fā)射了另一束超亮、超短的X射線脈沖，這就使他們首次研究到樣本受到第一束激光的撞擊后發(fā)生變化的時(shí)機(jī)和具體細(xì)節(jié)。另外，通過對(duì)X射線脈沖的發(fā)射間隔進(jìn)行微調(diào)，他們精確測(cè)量出了這種材料從不導(dǎo)電狀態(tài)變到導(dǎo)電狀態(tài)所需要的時(shí)間，并觀察到了轉(zhuǎn)變過程中材料結(jié)構(gòu)的變化。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝皇す饷}沖射到該樣本后，會(huì)有一些導(dǎo)電的區(qū)域形成，隨后，樣本內(nèi)的電子結(jié)構(gòu)在原子尺度上會(huì)變成碎片，重組成“島”，由導(dǎo)電的區(qū)域所環(huán)繞，這些導(dǎo)電和不導(dǎo)電的狀態(tài)也可以和平共處，成為下一代晶體管內(nèi)的電子通路。

幾十年來，科學(xué)家們一直希望能在原子層面厘清這種電子結(jié)構(gòu)。去年，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其由三個(gè)鐵原子組成。庫克瑞嘉表示，這種磁鐵礦必須被冷卻到零下190攝氏度才能將其電荷鎖定在合適的位置，因此，他們計(jì)劃接下來研究更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及其在室溫下的用途。未來的任務(wù)是，找出一些奇特的化合物并用新技術(shù)誘導(dǎo)其內(nèi)電子的開關(guān)，找出其比硅半導(dǎo)體更優(yōu)異的性能。

另一名研究員赫爾曼·杜爾表示，現(xiàn)在全球有很多科學(xué)家正在進(jìn)行試驗(yàn)，希望超越現(xiàn)在使用的半導(dǎo)體硅技術(shù)，使用新材料制造出更小更快的計(jì)算機(jī)，LCLS的獨(dú)特之處在于，它能夠追蹤萬億分之一秒內(nèi)發(fā)生在原子尺度的一些過程。