Naudodami unikalią medžiagą, vadinamą indžio selenidu (In2Se3), tyrėjai teigia atradę metodą, kaip iki 1 mlrd. kartų sumažinti fazės kaitos atminties (angl. phase change memory, PCM) – technologijos, galinčios saugoti duomenis be nuolatinio energijos tiekimo – energijos poreikį.
Šis atradimas yra žingsnis įveikiant vieną didžiausių PCM duomenų saugojimo iššūkių, galintis atverti kelią mažos galios atminties įrenginiams ir elektronikai, teigiama žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime.
PCM yra pagrindinis universaliosios atminties – kompiuterinės atminties, galinčios pakeisti tiek trumpalaikę atmintį, pavyzdžiui, atsitiktinės prieigos atmintį (angl. random acess memory, RAM), tiek saugojimo įrenginius – pavyzdžiui, puslaidininkinius diskus (angl. solid state drive, SSD) ar standžiuosius diskus (angl. hard disk drive, HDD) – kandidatas. Operatyvioji atmintis yra greita, tačiau jai veikti reikia daug fizinės vietos ir nuolatinio maitinimo šaltinio, o SSD arba HDD yra daug talpesni ir gali saugoti duomenis, kai kompiuteriai yra išjungti. Universalioji atmintis sujungia geriausias abiejų savybių savybes.
Ji veikia perjungdama medžiagas iš vienos būsenos į kitą: kristalinę, kurioje atomai tvarkingai išsidėstę, ir amorfinę, kurioje atomai išsidėstę atsitiktine tvarka. Šios būsenos atitinka dvejetainės sistemos vienetus ir nulius, todėl duomenys koduojami perjungiant būsenas.
Tačiau šioms būsenoms perjungti naudojamas „lydymo ir užgesinimo metodas“ (angl. melt-quench technique), kai PCM medžiagos kaitinamos ir greitai atšaldomos, reikalauja daug energijos, todėl ši technologija yra brangi ir sunkiai pritaikoma. Savo tyrime mokslininkai rado būdą, kaip visiškai apeiti lydymosi ir užgesinimo procesą, vietoj to sukeldami amorfizaciją elektros krūviu. Tai sumažina PCM energijos poreikį ir gali atverti duris platesniam komerciniam taikymui.
„Viena iš priežasčių, kodėl fazės kaitos atminties įrenginiai nebuvo plačiai naudojami, yra energijos poreikis“, – teigia tyrimo autorius, Pensilvanijos inžinerijos instituto medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius Riteshas Agarwalas. Pasak jo, šių rezultatų potencialas kuriant mažos galios atminties įrenginius yra milžiniškas.
Tyrėjų atradimas priklauso nuo unikalių indžio selenido – puslaidininkinės medžiagos, pasižyminčios ir feroelektrinėmis, ir pjezoelektrinėmis savybėmis – savybių. Feroelektrinės medžiagos gali savaime poliarizuotis, t. y. jos gali sukurti vidinį elektrinį lauką be išorinio krūvio. Pjezoelektrinės medžiagos, priešingai, fiziškai deformuojasi, kai jas veikia elektros krūvis.
Bandydami medžiagą, mokslininkai pastebėjo, kad jos dalys amorfizavosi, kai jas veikė nuolatinė srovė. Be to, tai įvyko visiškai atsitiktinai.
„Iš tikrųjų maniau, kad galėjau sugadinti laidus, – sakė tyrimo bendraautorius, buvęs Pensilvanijos inžinerijos universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos doktorantas Gauravas Modi. – Paprastai, norint sukelti bet kokią amorfizaciją, reikia elektros impulsų, o čia nuolatinė srovė sutrikdė kristalinę struktūrą, o to neturėjo atsitikti.“
Tolesnė analizė atskleidė grandininę reakciją, kurią sukėlė puslaidininkio savybės. Ji prasideda nuo mažyčių medžiagos deformacijų, kurias sukelia srovė, sukelianti „akustinį virpčiojimą“ – garso bangą, panašią į seisminį aktyvumą žemės drebėjimo metu. Tuomet ši banga sklinda per medžiagą, skleisdama amorfizaciją mikrometriniuose regionuose, o tyrėjai šį mechanizmą palygino su lavina, įgaunančia pagreitį.
Tyrėjai aiškina, kad įvairios indžio selenido savybės, įskaitant jo dvimatę struktūrą, feroelektriškumą ir pjezoelektriškumą, veikia kartu, todėl amorfizacija, kurią sukelia virpesiai, vyksta itin mažos energijos būdu. Tai galėtų padėti pagrindą būsimiems tyrimams, susijusiems su „naujomis medžiagomis ir prietaisais, skirtais mažos galios elektronikos ir fotonikos taikymams“, – rašoma tyrime.
„Tai atveria naują struktūrinių transformacijų, kurios gali įvykti medžiagoje, kai visos šios savybės susijungia, sritį“, – teigia R. Agarwalas.
Parengta pagal „Live Science“.
