«Квантовая лавина» — феномен, который может революционизировать микроэлектронику и суперкомпьютеры

Исследование в области переходов от изоляторов к металлам обнаружило несоответствия в традиционной формуле Ландау-Зенера и предложило новые подходы к пониманию переключения сопротивления. Эти результаты могут иметь потенциальное применение в микроэлектронике и нейроморфных вычислениях.

Таинственные переходы от изолятора к металлу

В большинстве материалов, исследуя их субатомные частицы, можно разделить их на металлы, такие как медь и железо, которые проводят электричество, и изоляторы, такие как стекло и резина, которые его не проводят. Однако изоляторы могут превращаться в металлы под действием интенсивного электрического поля, что открывает возможности для микроэлектроники и сверхвычислений. Однако физика этого явления не до конца понята.

Ведущий автор исследования, профессор физики Жонг Хан, заявил, что с 1930-х годов формула Ландау-Зенера служила образцом для определения необходимого размера электрического поля. Однако последующие эксперименты показали, что материалы требуют в 1000 раз меньшего электрического поля, чем оценено по этой формуле. «Так что есть огромное несоответствие, и нам нужна лучшая теория», - сказал Хан.

Решение несоответствий

Хан решил рассмотреть другой вопрос: что происходит, когда электроны уже находятся в верхней зоне изолятора? Компьютерное моделирование показало, что относительно небольшое электрическое поле может вызвать схлопывание разрыва между нижней и верхней зонами, создав квантовый путь для движения электронов вверх и вниз между зонами.

Эта идея помогает решить некоторые несоответствия в формуле Ландау-Зенера и также указывает на возможность одновременного возникновения электронного и теплового переключения.

Потенциальные применения

Исследование может быть жизненно важным для областей, таких как нейроморфное вычисление. Профессор и председатель кафедры электротехники Джонатан Бёрд заявил: «Феномены, которые мы раскрываем в этих материалах, в конечном итоге могут служить основой новых микроэлектронных технологий, таких как компактные запоминающие устройства для использования в интенсивных по данным приложениях, таких как искусственный интеллект».

После публикации статьи Хан продолжает исследования в этой области, и впереди его ждёт много работы по выяснению условий для возникновения квантовой лавины.