Wyniki niedawno opublikowanych badań opierają się na odkryciu sprzed dwóch lat, kiedy to naukowcom z University of Texas w Austin udało się stworzyć najcieńsze wówczas urządzenie do przechowywania danych. Oryginalne urządzenie - nazwane przez zespół badawczy „atomistorem” - było wówczas najcieńszym rodzajem pamięci, jaki kiedykolwiek wykonano, warstwą o grubości pojedynczego atomu. Zmniejszanie pamięci nie polega jednak tylko na tym, aby była cieńsza, ale także na zmniejszeniu powierzchni przekroju poprzecznego.

Teraz naukowcy z University of Texas w Austin zmniejszyli rozmiary pamięci jeszcze bardziej, ograniczając przekrój poprzeczny do jednego nanometra kwadratowego.

„Kiedy pojedynczy dodatkowy atom metalu trafia do nanoskalowej dziury i wypełnia ją, przekazuje część swojego przewodnictwa do materiału, co prowadzi do zmiany - efektu pamięci” - wyjaśnił zasadę działania Deji Akinwande, profesor na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej University of Texas. „Naukowy święty Graal skalowania spada do poziomu, w którym pojedynczy atom kontroluje funkcję pamięci i właśnie to osiągnęliśmy w nowym badaniu” - powiedział Akinwande.

Urządzenie opracowane przez Akinwande należy do kategorii memrystorów, których działanie opiera się na modyfikowaniu rezystancji między dwoma wyprowadzeniami bez potrzeby stosowania trzeciego wyprowadzenia pośrodku zwanego bramką. Oznacza to, że memrystory mogą być mniejsze niż dzisiejsze urządzenia pamięci i mieć większą pojemność. Fizycy porównują zmieniający oporność zależnie od kierunku przepływu prądu memrystor do rury, której średnica zmienia się w zależności od kierunku płynącej wody, a przy braku przepływu pozostaje stała.

Nowa wersja memrystora - opracowana przy użyciu zaawansowanych urządzeń w Oak Ridge National Laboratory - obiecuje pojemność około 25 terabitów na centymetr kwadratowy. To 100 razy większa gęstość pamięci na warstwę w porównaniu z dostępnymi na rynku urządzeniami pamięci flash. Na małym pendrivie czy karcie pamięci mogłyby się zmieścić setki terabajtów - co najmniej kilka razy więcej danych niż zawierają wszystkie książki w Bibliotece Kongresu USA.

W swoich badaniach naukowcy wykorzystali jako główny nanomateriał dwusiarczek molibdenu (MoS2), jednak uważają, że odkrycie to może dotyczyć cienkich warstw setek innych materiałów o podobnej budowie. Dwusiarczek molibdenu podobnie jak grafit składa się z łatwo się po sobie przesuwających jednoatomowych warstw i jest stosowany jako dodatek do olejów i smarów.

Mniejsze komponenty elektroniczne – w tym kości pamięci - pozwalają tworzyć bardziej kompaktowe komputery i telefony. Zmniejszenie liczby i rozmiarów chipów zmniejsza również ich zapotrzebowanie na energię i pozwala budować szybsze, inteligentniejsze urządzenia.

„Wyniki uzyskane w tej pracy utorowały drogę do opracowania aplikacji przyszłych generacji, którymi jest zainteresowany Departament Obrony, takich jak ultragęsta pamięć masowa, neuromorficzne systemy obliczeniowe, systemy komunikacji radiowej i inne” - powiedziała Pani Varanasi, kierująca programem Biura Badawczego Armii Stanów Zjednoczonych, które sfinansowało badania. (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ ekr/