科学家们可能意外地克服了下一代数据存储技术顺利采用的主要障碍。
研究人员表示，他们使用一种名为硒化铟 (In2Se3) 的独特材料，发现了一种降低能源需求的技术(PCM) — 一种能够在没有持续电源的情况下存储数据的技术 — 最多可存储 10 亿次。
研究人员在 11 月 6 日发表在该杂志上的一项研究中表示，这一突破是克服 PCM 数据存储中最大挑战之一的一步，可能为低功耗存储设备和电子产品铺平道路。。
PCM 是通用存储器（计算存储器）的主要候选者，可以取代随机存取存储器 (RAM) 等短期存储器和固态硬盘 (SSD) 或硬盘等存储设备。 RAM 速度很快，但需要大量的物理空间和持续的电源才能运行，而 SSD 或硬盘驱动器密度更大，可以在计算机关闭时存储数据。通用内存结合了两者的优点。
它的工作原理是在两种状态之间切换材料：晶态（原子整齐排列）和非晶态（原子随机排列）。这些状态与二进制 1 和 0 相关，通过状态开关对数据进行编码。
然而，用于切换这些状态的“熔体淬火技术”（涉及加热和快速冷却 PCM 材料）需要大量能量，使得该技术成本高昂且难以规模化。在他们的研究中，研究人员找到了一种完全绕过熔化淬火过程的方法，而是通过电荷诱导非晶化。这大大降低了 PCM 的能源需求，并有可能为更广泛的商业应用打开大门。
“相变存储设备尚未得到广泛使用的原因之一是由于所需的能量，”研究作者里泰什·阿加瓦尔宾夕法尼亚大学工程学院材料科学与工程教授在一份声明。他说，这些发现对于设计低功耗存储设备的潜力是“巨大的”。
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研究人员的发现取决于硒化铟的独特性质，这是一种兼具“铁电”和“压电”特性的半导体材料。铁电材料可以自发极化，这意味着它们可以产生内部电场而不需要外部电荷。相比之下，压电材料在暴露于电荷时会发生物理变形。
在测试该材料时，研究人员观察到，当其暴露于连续电流时，其部分会发生非晶化。更重要的是，这完全是偶然发生的。
“我实际上认为我可能损坏了电线，研究合著者高拉夫·莫迪宾夕法尼亚大学工程学院材料科学与工程专业的前博士生在声明中说道。 “通常情况下，你需要电脉冲来诱导任何类型的非晶化，而这里连续的电流破坏了晶体结构，这是不应该发生的。”
进一步的分析表明，半导体的特性引发了连锁反应。首先是电流引起材料的微小变形，从而触发“声学冲击”——一种类似于地震期间地震活动的声波。然后，它穿过材料，将非晶化扩散到微米级区域，研究人员将其比作雪崩积聚动量的机制。
研究人员解释说，硒化铟的各种特性（包括其二维结构、铁电性和压电性）共同作用，为冲击触发的非晶化提供了超低能量途径。他们在研究中写道，这可以为未来围绕“低功耗电子和光子应用的新材料和设备”的研究奠定基础。
阿加瓦尔在声明中说：“当所有这些特性结合在一起时，这开辟了材料结构转变的新领域。”
