科學家可能意外地克服了下一代資料儲存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) — 一種能夠在沒有持續電源的情況下儲存資料的技術 — 最多可儲存 10 億次。
研究人員在 11 月 6 日發表在該雜誌上的一項研究中表示，這項突破是克服 PCM 資料儲存中最大挑戰之一的一步，可能為低功耗儲存裝置和電子產品鋪平道路。。
PCM 是通用記憶體（計算記憶體）的主要候選者，可取代隨機存取記憶體 (RAM) 等短期記憶體和固態硬碟 (SSD) 或硬碟等儲存裝置。 RAM 速度很快，但需要大量的實體空間和持續的電源才能運行，而 SSD 或硬碟密度更大，可以在電腦關閉時儲存資料。通用記憶體結合了兩者的優點。
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）。這些狀態與二進位 1 和 0 相關，透過狀態開關對資料進行編碼。
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，而是透過電荷誘導非晶化。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。
「相變儲存設備尚未廣泛使用的原因之一是由於所需的能量，」研究作者裡泰什·阿加瓦爾賓州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儲存設備的潛力是「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。相較之下，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，當其暴露在連續電流下時，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·莫迪賓州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。 “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。”
