На најосновно ниво, компјутерската меморија складира информации како 0-и и 1-и со контролирање на тоа колку лесно електричната енергија може да помине низ материјалот. Доколку научниците можат да дизајнираат меморија што бара многу помалку електрична енергија, тоа би можело драматично да ги намали енергетските потреби на телефоните, компјутерите и другата електроника.
Нов пристап кон меморијата со мала потрошувачка на енергија
Една идеја насочена кон решавање на овој проблем датира од 1971 година, кога истражувачите го предложија спојот на фероелектричен тунел (FTJ). Овој тип на меморија зависи од фероелектричноста, својство во кое внатрешната електрична поларизација на материјалот може да се префрли. Кога оваа поларизација се менува, таа влијае на тоа колку лесно тече струјата, дозволувајќи му на уредот да складира податоци.
И покрај ветувањето, традиционалните материјали што се користат за овој тип меморија се мачеа бидејќи уредите се намалуваа. Перформансите честопати опаѓаа како што компонентите стануваа помали, ограничувајќи го тоа колку далеку може да оди технологијата.
Хафниум оксидот овозможува ултра мала меморија
Клучен напредок се случи во 2011 година, кога научниците открија дека хафниум оксидот, широко користен материјал, може да ја задржи својата електрична поларизација дури и кога е екстремно тенок. Врз основа на ова откритие, професорот Јутака Маџима и неговиот тим во Институтот за наука во Токио (Science Tokyo) се зафатија со развој на екстремно мал мемориски уред со дијаметар од само 25 нанометри, приближно една три илјадити дел од дебелината на човечко влакно.
Решавање на истекување на наноскала
Смалувањето на меморијата на ова ниво претставува голем предизвик. Електричната струја има тенденција да протекува низ границите меѓу ситните кристали во материјалот, што долго време спречува понатамошна минијатуризација.
Наместо да се обидат да го избегнат овој проблем, истражувачите зедоа поинаков пристап. Тие го направија уредот уште помал, што го намали влијанието на тие кристални граници.
Тие исто така развија нов метод на производство со загревање на електродите, така што тие природно формираа полукружна форма. Овој дизајн создаде структура поблиска до монокристал, што значи дека имаше помалку граници каде што може да се појави протекување.
Пробив каде што помалото значи подобро
Со комбинирање на овој структурен дизајн со екстремна минијатуризација, тимот постигна високи перформанси во својот уред. Уште поважно, тие демонстрираа нешто неочекувано. Меморијата всушност работи подобро како што станува помала, со што се побива долгогодишната претпоставка во електрониката.
Што значи ова за идните уреди
Доколку оваа технологија се воведе во реална употреба, таа би можела да има широки ефекти. Уреди како паметни часовници би можеле да работат со месеци со едно полнење, а мрежите од поврзани сензори би можеле да работат без потреба од чести замени на батериите.
Во вештачката интелигенција (ВИ), овој тип на меморија би можел да поддржи побрза обработка, а воедно да користи многу помалку енергија. Бидејќи хафниум оксидот е веќе компатибилен со постојното производство на полупроводници, интегрирањето на оваа нова меморија во секојдневната електроника би можело да се случи релативно брзо.
Предизвикувањето на она што се чини дека се границите на науката - како што се „не можеме да ги направиме работите помали“ или „ќе се скршат ако го сториме тоа“ - е како одење во темнина. Тоа е континуирана борба. Сепак, со преиспитување на традиционалните претпоставки и истражување нови начини за надминување на овие бариери, успеавме да откриеме сосема нова перспектива. Би бил воодушевен ако ова достигнување ја разбуди љубопитноста кај младите луѓе кои ќе ја обликуваат иднината и ќе помогнат во изградбата на подобар свет.
-- Јутака Маџима, професор, Лабораторија за материјали и конструкции, Институт за интегрирано истражување, Институт за наука во Токио.