Inginerii din Elveţia anunţă o descoperire cu implicaţii majore în electronică, prin care pot controla conductivitatea magnetitului prin lumină

Inginerii de la EPFL, sau Şcoala Politehnică Federală din Lausanne, Elveţia, au anunţat o descoperire cu implicaţii majore în electronică şi în toate tehnologiile care se bazează pe ea. Aceştia au descoperit că pot controla conductivitatea magnetitului prin lumină de culori diferite. La prima vedere, poate părea greu de perceput cât de mare ar putea fi impactul acestei descoperiri, dar explicăm imediat de ce e atât de importantă ea.

Magnetitul e cel mai vechi magnet cunoscut de omenire, dar formula sa chimică e destul de simplă — Fe3O4, fiind un oxid de fier, deci. Poate fi extras în formă naturală, sau poate fi produs pe cale artificială, fiind utilizat într-o multitudine de aplicaţii, de la busole simple până la produse electronice.

Foto: Magnetit

Iar asta pentru că magnetitul are proprietatea de a-şi schimba starea de conductivitate, de la a deveni un conductor foarte bun până la a bloca curentul şi e deveni un izolator sub acţiunea factorilor externi, ceea ce l-a făcut un material perfect pentru aplicarea în semiconductorii extrem de folosiţi în toate domeniile electronicii, dar şi în unele domenii mai restrânse de aplicare, precum spintronica, care nu se bazează pe fluxului curentului electric, ci pe momentul magnetic al electronilor. În fine, mai simplu spus, magnetitul e un material folosit în multe chip-uri, pe care le ştim din aproape orice produs electronic. Şi asta pentru că semiconductoare trebuie să poată facă exact asta — să poată alterna uşor de la conductivitate la non-conductivitate, de obicei sub acţiunea unui curent electric, creând astfel acele coduri, sau stări binare de 1 şi 0, pe care le ştim din lumea computerelor.

Ei bine, magnetitul are asemenea proprietăţi, iar apogeul acestei caracteristici vine la 125 grade Kelvin, adică -148 grade Celsius. E un efect fizic cunoscut, drept tranziţia Verwey şi a fost studiat de mult timp de fizicieni. Deci acest efect se poate obţine doar prin temperatura ambiantă la -148 grade Celsius, sau prin stimuli de altfel, precum câmpuri electrice, la temperaturi mai apropiate de cele normale.

Iar ceea ce au făcut acum inginerii elveţieni e să obţină acest efect de alternare a caracteristicilor de conductivitate nu prin câmp electric, ci prin fascicule de lumină, sub formă de laser. Aceştia au descoperit că dacă aplică o lungime de undă de 400 nm, din câmpul vizibil, magnetitul are o stare de izolator stabil. Dacă aplică o lungime de undă de 800 nm, aproape de infraroşu, atunci structura magnetitului se disipă parţial, creând un mix de regiuni cu reţele metalice şi cele izolatoare, devenind uşor conductiv. Toată această schimbare are loc într-un interval minuscul de 50 picosecunde, sau a trilioana parte dintr-o secundă.

Ce beneficiu dă această descoperire în viaţa reală? Că un semiconductor integrat cu rol de procesor pentru un computer, spre exemplu, nu mai trebuie controlat prin fire şi circuit electric, ci prin lumină. Circuitele electrice generează rezistenţă, de asta fizicienii şi chimiştii îşi doresc computere quantum, care să ducă acele circuite la temperaturi apropiate de zero absolut Kelvin, unde apare efectul de superconductivitate. Acel efect e posibil, doar că e nevoie de consum mare de energie pentru a păstra circuitele la temperaturi de -270 grade Celsius, unde acest efect se instaurează. Odată cu acest efect, însă, viteza de procesare e practic nelimitată, pentru că circuitele nu mai manifestă rezistenţă, ci lasă curentul să treacă prin ele liber.

Foto: Instalaţii de obţinere a superconductivităţi la CERN, în Elveţia

Ceea ce face invenţia elveţienilor de acum e să ocolească necesitatea circuitelor din dirijarea semiconductorilor şi să comunice cu ei prin lumină, iar lumina circulă la o viteză constantă fără a avea rezistenţa circuitelor care să o încetinească. Astfel, pe această parte a ecuaţiei de funcţionare a electronicii, cu noua invenţie elveţienii practic obţin o mare parte din efectul de superconductivitate prin lumină, cel puţin pe partea comunicării cu semiconductorul.

Trebuie să spunem că asemenea încercări, cu rezultate la scară mai mică au mai avut loc şi în alte părţi ale lumii în ultimii ani, în cadrul altor echipe de ingineri. Însă elveţienii sunt primii, din câte declară ei, care au elaborat acum un protocol clar, măsurabil şi uşor de replicat, de lungimi exacte de undă şi condiţii exacte ca acest efect să poată fi obţinut. Iar asta pavează mai rapid drumul spre aplicare în viaţă reală, pe care elveţienii o văd atât în super computere de nouă generaţie, cât şi în dispozitive de stocare de informaţii. Desigur, şi domeniile mai simple ale electronicii ar avea de beneficia, dar lor le-ar putea veni rândul abia ulterior, după aplicările unde această viteză enormă ar fi mult mai importantă.

Nu e tocmai superconductivitatea unui material la temperatură de cameră, care e atât de dorită şi căutată de oamenii de ştiinţă şi chiar încercată periodic cu noi explorări şi pretinse descoperiri, dar e un efect similar pe cel puţin jumătate din toată ecuaţia, obţinut prin lumină în loc de conductori.