Випадкове відкриття: вчені знизили енергоспоживання пам’яті PCM у 1 млрд разів

Фазовий перехід у фазово-змінної пам’яті PCM випадково був викликаний не нагріванням, а сталим струмом, що означає набагато менше споживання та безліч технічних перспектив.

Можливо, вчені Школи інженерії та прикладних наук Університету Пенсільванії (Penn Engineering), Індійського інституту науки (IISc) і Массачусетського технологічного інституту (MIT) випадково подолали серйозну перешкоду для впровадження технологій зберігання даних нового покоління. Використовуючи матеріал під назвою селенід індію (In2Se3), дослідники виявили можливість зниження потреби в енергії фазово-змінної пам’яті PCM (здатної зберігати дані без постійного живлення) — до 1 млрд разів.

Відкриття стало важливим кроком до створення так званої універсальної пам’яті, яка поєднує властивості ОЗП та накопичувачів даних. Оперативна пам’ять є швидкою, але займає багато місця та потребує постійного джерела живлення для роботи. Твердотілі накопичувачі є набагато щільнішими та можуть зберігати дані, коли комп’ютери вимкнені. Універсальна пам’ять поєднує в собі їхні найкращі характеристики.

PCM працює завдяки перемиканню матеріалів між двома станами: кристалічним, де атоми акуратно впорядковані, та аморфним, де атоми розташовані випадковим чином. Це дає значення 1 і 0, які кодуються за допомогою зміну стану речовини. Однак технологія, яка використовується для цього, передбачає нагрівання та швидке охолодження матеріалів та вимагає багато енергії.

Дослідники знайшли спосіб повністю обійти процес гасіння розплаву, замість цього викликаючи аморфізацію за допомогою електричного розряду. Це радикально зменшує енергетичні потреби PCM та відкриває перспективи для розширення комерційного застосування.

Відкриття базується на унікальних властивостях селеніду індію, напівпровідникового матеріалу з як сегнетоелектричними, так і з п’єзоелектричними характеристиками. Сегнетоелектричні матеріали можуть спонтанно поляризуватися, тобто вони можуть генерувати внутрішнє електричне поле, не потребуючи зовнішнього заряду. П’єзоелектричні матеріали фізично деформуються, коли на них діє електричний заряд. Випробовуючи матеріал, дослідники помітили, що його ділянки ставали аморфними, коли їх піддавали безперервному струму. Щобільше, це сталося абсолютно випадково.

Подальший аналіз виявив ланцюгову реакцію, викликану властивостями напівпровідника. Це починається з крихітних деформацій у матеріалі, викликаних струмом, який викликає «акустичний ривок» — звукову хвилю, подібну до сейсмічної активності під час землетрусу. Вона проходить крізь матеріал, створюючи аморфізацію в мікрометрових областях у процесі, який дослідники порівняли з лавиною, що набирає обертів.

Вчені пояснюють, що властивості селеніду індію, включаючи його подвійну структуру сегнетоелектрику та п’єзоелектрику, працюють разом, щоб забезпечити шлях аморфізації з ультранизьким рівнем енергії, викликаний ударами. Це може закласти основу майбутніх досліджень нових матеріалів і пристроїв для малопотужних електронних та фотонних приладів. Дослідження опубліковане в журналі Nature.

Джерело: LiveScience