Ivan Mančić
Jedno sasvim slučajno otkriće predstavilo je značajan korak ka prevazilaženju jednog od najvećih izazova u PCM tehnologiji, potencijalno omogućavajući razvoj memorijskih uređaja i elektronskih komponenti sa niskom potrošnjom energije, navodi se u studiji objavljenoj 6. novembra u časopisu Nature.
Tim istraživača je upotrebom jedinstvenog materijala, indijum selenida (In₂Se₃), slučajno otkrio metodu koja može smanjiti energetske potrebe fazno promenljive memorije (PCM) i do milijardu puta.
PCM je vodeći kandidat za univerzalnu memoriju – vrstu memorije koja može zameniti i kratkoročnu memoriju poput RAM-a (Random Access Memory) i dugoročne skladišne uređaje kao što su SSD-ovi (Solid-State Drives) ili hard diskovi. Dok je RAM brz ali zahteva konstantno napajanje i značajan fizički prostor, SSD-ovi i hard diskovi mogu skladištiti velike količine podataka čak i kada su isključeni. Univerzalna memorija kombinuje prednosti oba sistema.
Tehnologija funkcioniše prebacivanjem materijala između dva stanja: kristalnog, gde su atomi uredno raspoređeni, i amorfnog, gde su atomi nasumično raspoređeni. Ova stanja predstavljaju binarne 1 i 0, omogućavajući enkodiranje podataka promenom stanja materijala.
Prevazilaženje energetskih prepreka
Tradicionalna metoda “topljenja i gašenja” za prebacivanje između ovih stanja uključuje zagrevanje i brzo hlađenje PCM materijala, što zahteva veliku količinu energije. Ovo čini tehnologiju skupom i teško skalabilnom za široku upotrebu. Međutim, u svojoj studiji, istraživači su pronašli način da potpuno zaobiđu ovaj proces indukovanjem amorfizacije putem električnog naboja, značajno smanjujući energetske zahteve PCM-a.
“Jedan od razloga zašto uređaji sa fazno promenljivom memorijom nisu našli široku primenu je zbog velike količine potrebne energije,” izjavio je profesor Ritesh Agarwal, autor studije i profesor nauke o materijalima i inženjerstva na Penn Engineering-u. “Potencijal ovih nalaza za dizajniranje niskopotrošnih memorijskih uređaja je ogroman.”
Slučajno otkriće i jedinstvena svojstva materijala
Ovo slučajno otkriće se oslanja na jedinstvena svojstva indijum selenida, poluprovodničkog materijala koji poseduje i ferolektrične i piezoelektrične karakteristike. Feroelektrični materijali mogu spontano polarizovati, stvarajući unutrašnje električno polje bez spoljašnjeg napajanja. Piezoelektrični materijali se, s druge strane, fizički deformišu kada su izloženi električnom naboju.
Tokom testiranja, istraživači su primetili da se delovi materijala amorfizuju kada su izloženi kontinuiranoj struji—a sve to se dogodilo potpuno neočekivano.
“Pomislio sam da sam možda oštetio žice,” priznao je koautor studije Gaurav Modi, bivši doktorant na odseku za nauku o materijalima i inženjerstvo na Penn Engineering-u. “Obično su potrebni električni pulsevi da bi se indukovala bilo kakva amorfizacija, a ovde je kontinuirana struja poremetila kristalnu strukturu, što nije trebalo da se desi.”
Mehanizam poput lavine
Dalja analiza otkrila je lančanu reakciju izazvanu svojstvima poluprovodnika. Male deformacije u materijalu, uzrokovane strujom, pokreću “akustični trzaj”—zvučni talas sličan seizmičkoj aktivnosti tokom zemljotresa. Ovaj talas se širi kroz materijal, izazivajući amorfizaciju u mikrometarskim regijama, u procesu koji su istraživači uporedili sa lavinom koja dobija na snazi.
Istraživači su objasnili da kombinacija dvodimenzionalne strukture, ferolektričnosti i piezoelektričnosti indijum selenida omogućava ultraniskoenergetski put za amorfizaciju izazvanu šokovima. Ovo bi moglo postaviti temelje za buduća istraživanja novih materijala i uređaja za niskopotrošne elektronske i fotonske aplikacije.
“Ovo otvara novo polje za istraživanje strukturnih transformacija koje se mogu dogoditi u materijalu kada se sva ova svojstva objedine,” zaključio je profesor Agarwal.
Potencijal za revoluciju u skladištenju podataka
Ovo slučajno otkriće ima potencijal da transformiše način na koji skladištimo i obrađujemo podatke, omogućavajući razvoj memorijskih uređaja koji troše znatno manje energije. U eri gde potražnja za energijom u informacionim tehnologijama neprestano raste, ovakva inovacija može biti ključna za održivu i energetski efikasnu budućnost elektronike.
