科學家們可能意外地克服了下一代數據存儲技術順利採用的主要障礙。
研究人員表示，他們使用一種名為硒化銦 (In2Se3) 的獨特材料，發現了一種降低能源需求的技術(PCM) — 一種無需持續供電即可存儲數據的技術 — 最多可存儲 10 億次。
PCM 是通用存儲器（計算存儲器）的主要候選者，可以取代隨機存取存儲器 (RAM) 等短期存儲器和固態硬盤 (SSD) 或硬盤等存儲設備。 RAM 速度很快，但需要大量的物理空間和持續的電源才能運行，而 SSD 或硬盤驅動器密度更大，可以在計算機關閉時存儲數據。通用內存結合了兩者的優點。
它的工作原理是在兩種狀態之間切換材料：晶態（原子整齊排列）和非晶態（原子隨機排列）。這些狀態與二進制 1 和 0 相關，通過狀態開關對數據進行編碼。
然而，用於切換這些狀態的“熔體淬火技術”（涉及加熱和快速冷卻 PCM 材料）需要大量能量，使得該技術成本高昂且難以規模化。在他們的研究中，研究人員找到了一種完全繞過熔化淬火過程的方法，而是通過電荷誘導非晶化。這大大降低了 PCM 的能源需求，並有可能為更廣泛的商業應用打開大門。
“相變存儲設備尚未得到廣泛使用的原因之一是由於所需的能量，”研究作者裡泰什·阿加瓦爾賓夕法尼亞大學工程學院材料科學與工程教授在一份聲明。他說，這些發現對於設計低功耗存儲設備的潛力是“巨大的”。
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研究人員的發現取決於硒化銦的獨特性質，這是一種兼具“鐵電”和“壓電”特性的半導體材料。鐵電材料可以自發極化，這意味著它們可以產生內部電場而不需要外部電荷。相比之下，壓電材料在暴露於電荷時會發生物理變形。
在測試該材料時，研究人員觀察到，當其暴露於連續電流時，其部分會發生非晶化。更重要的是，這完全是偶然發生的。
“我實際上認為我可能損壞了電線，研究合著者高拉夫·莫迪賓夕法尼亞大學工程學院材料科學與工程專業的前博士生在聲明中說道。 “通常情況下，你需要電脈衝來誘導任何類型的非晶化，而這裡連續的電流破壞了晶體結構，這是不應該發生的。”
進一步的分析表明，半導體的特性引發了連鎖反應。首先是電流引起材料的微小變形，從而觸發“聲學衝擊”——一種類似於地震期間地震活動的聲波。然後，它穿過材料，將非晶化擴散到微米級區域，研究人員將其比作雪崩積聚動量的機制。
研究人員解釋說，硒化銦的各種特性（包括其二維結構、鐵電性和壓電性）共同作用，為衝擊觸發的非晶化提供了超低能量途徑。他們在研究中寫道，這可以為未來圍繞“低功耗電子和光子應用的新材料和設備”的研究奠定基礎。
阿加瓦爾在聲明中說：“當所有這些特性結合在一起時，這開闢了材料結構轉變的新領域。”
