Team viser, hvordan man gemmer data ved hjælp af 2-D-materialer i stedet for siliciumchips

Et Stanford-ledet team har opfundet en måde at lagre data på ved at glide atomisk tynde lag af metal over hinanden, en tilgang, der kunne pakke flere data på mindre plads end siliciumchips, samtidig med at du bruger mindre energi.

Forskningen, ledet af Aaron Lindenberg, lektor i materialevidenskab og teknik ved Stanford og ved SLAC National Accelerator Laboratory, ville være en væsentlig opgradering fra den type ikke-flygtige hukommelseslagring, som nutidens computere opnår med siliciumbaserede teknologier som flash-chips.

UC Berkeley mekanisk ingeniør Xiang Zhang, Texas A&M-materialeforsker Xiaofeng Qian, og Stanford/SLAC professor i materialevidenskab og -teknik Thomas Devereaux hjalp også med at lede eksperimenterne, som er beskrevet i journalen Naturfysik . Gennembruddet er baseret på en nyopdaget klasse af metaller, der danner utroligt tynde lag, i dette tilfælde kun tre atomer tykt. Forskerne stablede disse lag, lavet af et metal kendt som wolfram ditelluride, som et kortspil i nanoskala. Ved at sprøjte en lille smule elektricitet ind i stakken fik de hvert ulige lag til at flytte sig en smule i forhold til de lige lag over og under det. Forskydningen var permanent, eller ikke-flygtige, indtil endnu et stød af elektricitet fik de ulige og lige lag til igen at tilpasse sig.

"Arrangementet af lagene bliver en metode til at kode information, Lindenberg siger, skabe on-off, 1'ere-og-0'ere, der gemmer binære data.

For at læse de digitale data, der er lagret mellem disse skiftende lag af atomer, forskerne udnytter en kvanteegenskab kendt som Berry curvature, som virker som et magnetfelt til at manipulere elektronerne i materialet til at aflæse lagenes arrangement uden at forstyrre stakken.

juni Xiao, en postdoktor i Lindenbergs laboratorium og første forfatter af papiret, sagde, at det tager meget lidt energi at flytte lagene frem og tilbage. Det betyder, at det burde tage meget mindre energi at "skrive" et nul eller et til den nye enhed, end der kræves til nutidens ikke-flygtige hukommelsesteknologier. Desuden, baseret på forskning, som den samme gruppe publicerede i Natur sidste år, glidningen af ​​atomlagene kan ske så hurtigt, at datalagring kunne opnås mere end hundrede gange hurtigere end med nuværende teknologier.

Designet af prototypeenheden var delvist baseret på teoretiske beregninger bidraget af medforfatterne Xiaofeng Qian, en assisterende professor ved Texas A&M University, og Hua Wang en kandidatstuderende i sit laboratorium. Efter at forskerne observerede eksperimentelle resultater i overensstemmelse med de teoretiske forudsigelser, de lavede yderligere beregninger, som fik dem til at tro, at yderligere justeringer af deres design i høj grad vil forbedre lagerkapaciteten af ​​denne nye tilgang, baner vejen for et skift mod et nyt, og langt mere kraftfuld klasse af ikke-flygtig hukommelse ved hjælp af ultratynde 2-D materialer.

Holdet har patenteret deres teknologi, mens de yderligere forfiner deres hukommelsesprototype og design. De planlægger også at opsøge andre 2-D materialer, der kunne fungere endnu bedre som datalagringsmedier end wolfram ditelluride.

"Den videnskabelige bundlinje her, Lindenberg tilføjer, "er, at meget små justeringer af disse ultratynde lag har stor indflydelse på dets funktionelle egenskaber. Vi kan bruge den viden til at konstruere nye og energieffektive enheder mod en bæredygtig og smart fremtid."