“热淬火”技术能切换量子材料导电状态

科技日报北京7月1日电 （记者刘霞）美国东北大学与布朗大学等机构科学家通过精确控制加热和冷却，即所谓的“热淬火”技术，让量子材料在导电与绝缘状态间精准切换。这项发表于最新一期《自然·物理学》的研究，将为现有电子技术带来巨大进步，未来采用量子材料的处理器，运行速度有望达到现有硅基芯片的千倍以上。

研究团队将1T-二硫化钽（1T-TaS2）这种特殊材料置于特定光照条件下，在接近室温的环境中，首次实现了可稳定维持数月的“隐藏金属态”。这种材料如同电子世界的“变形金刚”，既能像铜线般导电，又能像橡胶般绝缘，且状态转换只需瞬间完成。

量子材料在金属导电状态和绝缘状态之间快速切换，这种效应就像晶体管切换电子信号。当前处理器的工作频率在千兆赫级别，而量子材料的应用可能直接将这个数字提升千倍，达到太赫兹级别。

过去科学家面临两大难题：一是材料状态转换难以持久，往往只能维持几毫秒；二是需要在接近绝对零度的极端环境下操作。最新研究不仅将操作温度提升到实用范围，更让材料状态可稳定保持数月。

传统电子设备需要同时使用导电和绝缘材料，并精确控制两者界面。最新研究意味着，未来仅需一种材料，通过光照调控就能实现全部功能。

研究团队强调，现有半导体三维堆叠技术已接近物理极限，为进一步提升信息存储能力和工作速度，需要全新的范式。量子计算是解决途径之一，材料创新则是另一种解决途径，这正是最新研究的真正意义所在。