นักวิทยาศาสตร์อาจเอาชนะอุปสรรคสำคัญโดยไม่ได้ตั้งใจในการทำให้การนำเทคโนโลยีจัดเก็บข้อมูลรุ่นต่อไปมาใช้ได้อย่างราบรื่น
นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาค้นพบเทคนิคในการลดความต้องการพลังงานของอินเดียมเซเลไนด์ (In2Se3) โดยใช้วัสดุพิเศษเฉพาะที่เรียกว่า(PCM) — เทคโนโลยีที่สามารถจัดเก็บข้อมูลได้โดยไม่ต้องจ่ายไฟคงที่ — มากถึง 1 พันล้านครั้ง
นักวิจัยกล่าวในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 6 พ.ย. ในวารสาร การค้นพบนี้เป็นก้าวสำคัญในการเอาชนะความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในการจัดเก็บข้อมูล PCM ซึ่งอาจปูทางไปสู่อุปกรณ์หน่วยความจำและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำ-
PCM เป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับหน่วยความจำสากล — หน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่สามารถแทนที่ทั้งหน่วยความจำระยะสั้น เช่น หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล เช่น โซลิดสเตตไดรฟ์ (SSD) หรือฮาร์ดไดรฟ์ RAM นั้นเร็ว แต่ต้องการพื้นที่ทางกายภาพจำนวนมากและแหล่งจ่ายไฟคงที่ในการทำงาน ในขณะที่ SSD หรือฮาร์ดไดรฟ์นั้นมีความหนาแน่นมากกว่ามากและสามารถจัดเก็บข้อมูลในขณะที่คอมพิวเตอร์ปิดอยู่ หน่วยความจำอเนกประสงค์ผสมผสานสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน
มันทำงานโดยการสลับวัสดุระหว่างสองสถานะ: ผลึกซึ่งอะตอมถูกจัดเรียงอย่างเรียบร้อย และอสัณฐานซึ่งอะตอมจะถูกจัดเรียงแบบสุ่ม สถานะเหล่านี้สัมพันธ์กับไบนารี 1 และ 0 โดยเข้ารหัสข้อมูลผ่านสวิตช์ในสถานะ
อย่างไรก็ตาม "เทคนิคการหลอมละลาย" ที่ใช้ในการสลับสถานะเหล่านี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำความร้อนและการทำให้วัสดุ PCM เย็นลงอย่างรวดเร็ว ต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ทำให้เทคโนโลยีนี้มีราคาแพงและยากต่อการปรับขนาด ในการศึกษาของพวกเขา นักวิจัยพบวิธีที่จะหลีกเลี่ยงกระบวนการละลายและดับโดยสิ้นเชิงโดยการกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างผ่านประจุไฟฟ้าแทน ซึ่งช่วยลดความต้องการพลังงานของ PCM และอาจเปิดประตูสู่การใช้งานเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง
"สาเหตุหนึ่งที่ทำให้อุปกรณ์หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟสไม่สามารถใช้งานได้อย่างแพร่หลายก็เนื่องมาจากพลังงานที่ต้องการ" ผู้เขียนการศึกษาริเตช อัครวาลศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ที่ Penn Engineering กล่าวคำสั่ง- ศักยภาพของการค้นพบนี้ในการออกแบบอุปกรณ์หน่วยความจำที่ใช้พลังงานต่ำนั้น "ยิ่งใหญ่" เขากล่าว
ที่เกี่ยวข้อง:
การค้นพบของนักวิจัยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเฉพาะของอินเดียมเซเลไนด์ ซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีทั้งคุณลักษณะ "เฟอร์โรอิเล็กทริก" และ "เพียโซอิเล็กทริก" วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกสามารถโพลาไรซ์ได้เอง ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถสร้างสนามไฟฟ้าภายในได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้ประจุภายนอก ในทางตรงกันข้าม วัสดุเพียโซอิเล็กทริกจะเปลี่ยนรูปทางกายภาพเมื่อสัมผัสกับประจุไฟฟ้า
ขณะทดสอบวัสดุ นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าส่วนต่างๆ ของวัสดุเปลี่ยนแปลงไปเมื่อสัมผัสกับกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง ยิ่งไปกว่านั้น เรื่องนี้เกิดขึ้นโดยบังเอิญทั้งหมด
"จริงๆ แล้วฉันคิดว่าฉันอาจทำให้สายไฟเสียหาย ผู้ร่วมวิจัย"เการาฟ โมดีอดีตนักศึกษาปริญญาเอกสาขาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ที่ Penn Engineering กล่าวในแถลงการณ์ "โดยปกติ คุณจะต้องใช้พัลส์ไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างใดๆ และกระแสไฟฟ้าต่อเนื่องได้รบกวนโครงสร้างผลึก ซึ่งไม่น่าจะเกิดขึ้น"
การวิเคราะห์เพิ่มเติมเผยให้เห็นถึงปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ถูกกระตุ้นโดยคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งนี้เริ่มต้นด้วยการเสียรูปเล็กน้อยในวัสดุที่เกิดจากกระแสน้ำที่กระตุ้นให้เกิด "เสียงกระตุก" ซึ่งเป็นคลื่นเสียงที่คล้ายกับแผ่นดินไหวระหว่างเกิดแผ่นดินไหว จากนั้นสิ่งนี้จะเดินทางผ่านวัสดุ และกระจายการเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปทั่วบริเวณขนาดไมโครเมตรในกลไกที่นักวิจัยเปรียบเสมือนการรวบรวมโมเมนตัมของหิมะถล่ม
นักวิจัยอธิบายว่าคุณสมบัติต่างๆ ของอินเดียม selenide รวมถึงโครงสร้างสองมิติ ferroelectricity และ piezoelectricity ทำงานร่วมกันเพื่อให้เกิดเส้นทางพลังงานต่ำพิเศษสำหรับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่เกิดจากแรงกระแทก สิ่งนี้อาจเป็นรากฐานสำหรับการวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับ "วัสดุและอุปกรณ์ใหม่สำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกที่ใช้พลังงานต่ำ" พวกเขาเขียนไว้ในการศึกษา
“นี่เป็นการเปิดช่องใหม่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่สามารถเกิดขึ้นได้ในวัสดุเมื่อคุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้มารวมกัน” Agarwal กล่าวในแถลงการณ์
