Greitesni, mažesni ir energiją taupantys lustai reikalingi įvairiausiems prietaisams, pradedant buitine elektronika, kompiuteriais, išmaniaisiais telefonais, baigiant didžiųjų duomenų sistemomis ir dirbtiniu intelektu, gali pasirodyti jau netrukus – Teksaso universiteto Ostine (JAV) inžinieriai sukūrė patį mažiausią iki šiol pagamintą mažiausią atminties įrenginį.
Jiems pavyko ir išsiaiškinti fizikinius reiškinius, kurie padės kurti tokius ypač didelio tankio atminties įrenginius. Medžiagos defektai, arba skylutės tapo raktu, leidžiančiu atrakinti didelio tankio atminties saugojimo galimybes.
Neseniai žurnale „Nature Nanotechnology“ publikuotas tyrimas remiasi prieš dvejus metus įvykusiu atradimu, kai mokslininkai sukūrė tuomet ploniausią atminties saugojimo įrenginį. Šiame naujame darbe tyrėjai dar sumažino atminties elemento dydį, sumažindami jo skerspjūvio plotą iki vieno kvadratinio nanometro.
„Kai vienas papildomas metalo atomas patenka į nanometrinį medžiagos defektą – skylutę ir ją užpildo, jis suteikia tam tikrą savo laidumą medžiagai, o tai sukelia pokyčius – tai galima panaudoti ir atminties efektui“, – sakė dr. Deji Akinwande, Elektros ir kompiuterių inžinerijos katedros profesorius.
Nors tyrime jie kaip pagrindinę nanomedžiagą naudojo molibdeno disulfidą, MoS2, mokslininkai mano, kad atradimas gali būti pritaikytas ir kitoms panašioms medžiagoms, kurios gali būti formuojamos atomo storio sluoksniais.
Vis mažesnių lustų ir kitų elektronikos komponentų kūrimo varžybose siekiama sumažinti jų suvartojamą galią, ir be abejo, gamybos kainą. Turint mažesnius procesorius, galima kurti kompaktiškesnius kompiuterius ir telefonus. Tuo pačiu mažėjant lustams, sumažėja jų energijos poreikis ir padidėja pajėgumas, o tai reiškia greitesnius, sumanesnius įrenginius, kurių veikimui reikia mažiau energijos.
Tyrėjai teigia: „Šio darbo rezultatai suteikia kelią kurti naujos kartos įrenginius, tokias kaip ypač didelio tankio atmintys, neuromorfinės skaičiavimo sistemos, radijo dažnio ryšio sistemos ir kita. Beje, šį darbą finansavo JAV armijos tyrimų biuras“.
Sukurtas prietaisas, kurį tyrimų grupė pavadino „atomristoriumi“, šiuo metu yra ploniausias atminties saugojimo įrenginys, turintis vieno atomo storio sluoksnį. Tačiau mažinant atminties įrenginį reikėjo ne tik padaryti jį plonesnį, bet ir sumažinti skerspjūvio plotą.
„Šiuolaikinio mokslo šventasis gralis – pasiekti atomų lygį, kai vienas atomas valdo atminties funkciją, ir tai pavyko šiame tyrime“, – sakė dr. Deji Akinwande.
Šis prietaisas priklauso memristorių kategorijai, šiuo metu intensyviai tiriamai sričiai, nes jų veikimo principas yra panašus į gyvųjų organizmų atminties veikimą. Memristoriai gali keisti varžą tarp dviejų terminalų, tai yra jų būsena nebūtinai turi būti 0 ar 1, o gali būti ir tarpinė. Tai reiškia, kad jie gali turėti didesnę atminties talpą, o tai, kad jiems nereika trečiojo, valdymo terminalo, reiškia ir tai, kad jie gali būti mažesni.
Sukurtas memristorius, tiesa, kol kas tik laboratorinis prototipas, gali talpinti apie 25 terabitus viename kvadratiniame centimetre. Tai yra 100 kartų didesnis atminties tankis vienam sluoksniui, palyginti su komerciniais „flash“ atminties įrenginiais.
Saban M. Hus et al, Observation of single-defect memristor in an MoS2 atomic sheet, Nature Nanotechnology (2020). DOI: 10.1038/s41565-020-00789-w
Daugiau: