Cercetătorii au descoperit din greșeală „memoria universală” - un semiconductor care consumă de un miliard de ori mai puțină energie

O descoperire întâmplătoare a cercetătorilor ar putea reduce drastic energia necesară pentru tehnologiile de stocare a memoriei. Este posibil ca oamenii de știință să fi depășit accidental o barieră majoră în calea descoperirii tehnologiilor de stocare a datelor de ultimă generație, scrie Live Science.

Folosind un material unic numit seleniră de indiu (In2Se3), cercetătorii spun că au descoperit o tehnică pentru a reduce cerințele energetice ale memoriei cu schimbare de fază (PCM) – o tehnologie capabilă să stocheze date fără o sursă constantă de energie – de până la 1 miliard de ori.

Descoperirea este un pas către depășirea uneia dintre cele mai mari provocări în stocarea datelor PCM, deschizând potențial calea pentru dispozitive de memorie și electronice cu putere redusă, au spus cercetătorii într-un studiu publicat pe 6 noiembrie în revista Nature.

PCM este un candidat principal pentru memorie universală - memorie de calcul care poate înlocui atât memoria pe termen scurt, cum ar fi memoria cu acces aleatoriu (RAM), cât și dispozitivele de stocare precum unitățile SSD sau hard disk-urile. RAM este rapidă, dar are nevoie de spațiu fizic semnificativ și de o sursă de alimentare constantă pentru a rula, în timp ce SSD-urile sau hard disk-urile sunt mult mai dense și pot stoca date în timp ce computerele sunt oprite. Memoria universală combină cele mai bune procese tehnologice din ambele.

Funcționează prin comutarea materialelor între două stări: în care atomii sunt ordonați bine și cea în care atomii sunt aranjați aleatoriu. Aceste stări se corelează cu 1 și 0 binari, codificând datele prin comutatoare între cele două stări.

Cu toate acestea, tehnica folosită pentru a comuta aceste stări – care implică încălzirea și răcirea rapidă a materialelor PCM – necesită energie semnificativă, ceea ce face tehnologia costisitoare și dificil de scalat. În studiul lor, cercetătorii au găsit o modalitate de a ocoli procesul de stingere a topirii în întregime prin inducerea amorfizării printr-o sarcină electrică. Acest lucru reduce cerințele energetice ale PCM și deschide potențial ușa către aplicații comerciale mai largi.

„Unul dintre motivele pentru care dispozitivele de memorie cu schimbare de fază nu au ajuns la o utilizare pe scară largă se datorează energiei necesare”, a declarat autorul studiului Ritesh Agarwal, profesor de știința materialelor și inginerie la Penn Engineering, într- un comunicat . Potențialul acestor descoperiri pentru proiectarea dispozitivelor de memorie cu putere redusă este „extraordinar”, a spus el.

Descoperirea cercetătorilor se bazează pe proprietățile unice ale seleniurei de indiu, un material semiconductor cu caracteristici atât „feroelectrice”, cât și „piezoelectrice”. Materialele feroelectrice se pot polariza spontan, ceea ce înseamnă că pot genera un câmp electric intern fără a avea nevoie de o sarcină externă. Materialele piezoelectrice, dimpotrivă, se deformează fizic atunci când sunt expuse la o sarcină electrică.

În timp ce au testat materialul, cercetătorii au observat că secțiuni ale acestuia s-au amorfozat atunci când au fost expuse la un curent continuu.

„M-am gândit că s-ar putea să fi deteriorat firele”, a spus Gaurav Modi, coautor al studiului. „Un curent continuu a perturbat structura cristalină, ceea ce nu ar fi trebuit să se întâmple.”

O analiză ulterioară a arătat o reacție în lanț declanșată de proprietățile semiconductorului. Aceasta începe cu mici deformații ale materialului cauzate de curentul care declanșează o „smucitură acustică” - o undă sonoră similară activității seismice în timpul unui cutremur. Aceasta călătorește apoi prin material, răspândind deformarea în regiuni la scară micrometrică într-un mecanism pe care cercetătorii l-au asemănat cu o avalanșă care adună impuls.

Cercetătorii au explicat că diverse proprietăți ale seleniurei de indiu - inclusiv structura sa bidimensională, feroelectricitatea și piezoelectricitatea - lucrează împreună pentru a permite o cale de energie ultra-scăzută pentru amorfozarea declanșată de șocuri. Acest lucru ar putea pune bazele cercetărilor viitoare în jurul „noilor materiale și dispozitive pentru aplicații electronice și fotonice de putere redusă”, au scris ei în studiu.

„Acest lucru deschide un nou domeniu privind transformările structurale care se pot întâmpla într-un material atunci când toate aceste proprietăți se unesc”, a spus Agarwal în declarație.