2Д-материалы для хранения данных с меньшим потреблением энергии

Исследование проложит путь к новому и более мощному классу энергонезависимой памяти на основе ультратонких 2Д-материалов

Команда под руководством Стэнфордского университета изобрела способ хранения информации, при котором атомно тонкие слои металла скользят друг над другом. При таком подходе можно упаковать больше данных в меньшем пространстве и снизить потребление энергии. Хранение данных происходит более чем в сто раз быстрее, чем при существующих технологиях энергонезависимой памяти.

Исследование значительно улучшит энергонезависимую память, которая в современных компьютерах реализована с помощью кремниевых технологий, таких как флэш-чипы. Подробнее о том, какие проводились эксперименты, написано в журнале Nature Physics [1].

Прорыв основан на недавно обнаруженном классе металлов, которые образуют невероятно тонкие слои, в данном случае толщиной всего три атома. Исследователи сложили эти слои металла, известного как дителлурид вольфрама, наподобие колоды карт нанометрового размера.

Экспериментальная технология энергонезависимой памяти хранит данные с помощью относительного смещения положения трех атомно тонких слоев металла, изображенных в виде золотистых шариков. Цвета в виде вихря показывают, как сдвиг в среднем слое влияет на движение электронов, создавая кодировку из нулей и единиц. Фото предоставлено: Ella Maru Studios

Когда на материал воздействовал небольшой электрический импульс, каждый слой с нечетным номером чуть-чуть смещаться относительно слоя с номером четным, над и под ним. После отключения электроэнергии смещение слоя сохранялось, пока очередная подача электричества вновь не сдвигала нечетные и четные слои.

«Расположение слоев стало методом кодирования информации, создавая состояние включено-выключено»: 1-е и 0-е, как двоичный код. Чтобы прочитать цифровые данные, хранящиеся между этими смещающимися слоями атомов, исследователи использовали квантовое свойство, известное как фаза Берри, которое, манипулируя электронами в материале, действует как магнитное поле и считывает расположение слоев, не нарушая их.

Авторы исследования уточняют, что для перемещения слоев вперед и назад требуется очень мало энергии. Это означает, что для «записи» нуля или единицы на новое устройство ее потребуется гораздо меньше, чем это необходимо для существующих технологий. Кроме того, исходя из исследований этой же группы, скольжение атомных слоев происходит настолько быстро, что хранение данных может происходить более чем в сто раз быстрее, чем сейчас.

Конструкция прототипа устройства была частично основана на теоретических расчетах. После того, как исследователи смогли наблюдать экспериментальные результаты, которые соответствовали теоретическим прогнозам, они убедились, что конструкцию хранилища на основе нового подхода можно улучшить, значительно повысив его емкость. Исследование проложит путь к новому и более мощному классу энергонезависимой памяти на основе ультратонких 2Д-материалов.

«Научный итог заключается в том, что очень незначительные корректировки этих ультратонких слоев оказывают большое влияние на их функциональные свойства. Можно использовать эти знания для разработки новых энергоэффективных устройств».

Ссылки: https://doi.org/10.1038/s41567-020-0947-0

Источник: Stanford University