Entä jos prosessori olisi miljoona kertaa nykyistä nopeampi? ja datan tallentaminen kuluttasi miljoona kertaa vähemmän energiaa? Georgian valtionyliopiston tutkijoiden mukaan tämä voi onnistuu TMDC-materiaaleilla eli ns. siirtymämetallien kalkogeeneillä. Niillä on optisia ominaisuuksia, joita voitaisiin käyttää nopeuttamaan tietokoneet miljoona kertaa nopeammiksi ja tallentamaan informaatiota miljoona kertaa energiatehokkaammin ja nopeammin.
Tutkijat ehdottavat, että TMDC-pohjaiset, atomisen ohuisiin puolijohteisiin perustuen tietokoneet voidaan saada toimimaan femtosekuntien aikaskaalassa. Tälä hetkellä tietokoneiden nopeutta mitataan nanosekunneissa.
- Ei ole mitään nopeampaa kuin valo. Ainoa tapa rakentaa paljon nopeampaa tietotekniikkaa on käyttää optiikkaa, ei elektroniikkaa, kertoo tutkimuksen vetäjä, tohtori Mark Stockman Georgia Statesta.
Tutkijoiden ehdotus perustuu teoriaan, että TMDC:llä eli malminmuodostajilla on potentiaalia käsitellä informaatiota muutamassa femtosekunnissa.
TMDC:llä on kuusikulmainen hilarakenne, joka koostuu siirtymämetallien atomien kerroksesta, joka on kahden kalkogeenisen atomikerroksien välissä. Tässä hilarakenteessa elektronit kiertävät ympyrää eri tavoin: jotkut elektronit pyörivät vasemmalle ja toiset pyörivät oikealle riippuen niiden paikasta kuusikulmaisessa. Tämä liike aiheuttaa uuden ilmiön, jota kutsutaan topologiseksi resonanssiksi.
Topologisen resonanssin avulla on mahdollistaa lukea, kirjoittaa tai käsitellä informaatiobitti vain muutamassa femtosekunnissa. Ennustettuja ilmiöitä voitaisiin siten soveltaa tietojen tallentamiseen ja käsittelyyn petahertsien kaistalla optoelektroniikalla.
TMDC-yhdisteillä on useita positiivisia ominaisuuksia, mukaan lukien vakaus, myrkyttömyys, ohuus, keveys ja mekaaninen vahvuus. Esimerkkejä ovat molybdeeni-disulfidi (MOS2) ja volframi-diselenidi (WSe2).
TMDC:t ovat osa 2D-materiaalien suurta perhettä. Tässä työssä tutkijat tukeutuivat TMDC:n optisiin ominaisuuksiin, joiden ansiosta ne olisivat ultranopeita. On olemassa lukuisia esimerkkejä TMDC:stä, joten tulevaisuudessa tutkijat haluavat löytää parhaimman niistä käytettäväksi tietokonetekniikalle.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.10.2018
