پژوهشگران با توسعه حافظهای نانومتری و فوقکممصرف گامی بزرگ برداشتهاند که میتواند مصرف انرژی دستگاهها را بهشدت کاهش دهد و عمر باتری را افزایش دهد.
به گزارش بازیگرها و به نقل از برنا، گروهی از دانشمندان نسل جدیدی از حافظههای الکترونیکی را طراحی کردهاند که در مقیاس نانومتری ساخته میشود و مصرف انرژی بسیار ناچیزی دارد.
این پیشرفت میتواند زمینه تولید گوشیها، ساعتهای هوشمند و سایر گجتهایی را فراهم کند که با یک بار شارژ برای مدتزمانی بسیار طولانی فعال میمانند.
یکی از چالشهای همیشگی در وسایل الکترونیکی مانند تلفن همراه و لپتاپ، تولید گرما و کاهش سریع شارژ در استفادههای طولانی است.
بخش قابلتوجهی از این مصرف انرژی به واحدهای حافظه و مدارهای پردازشی مربوط میشود که برای نگهداری و پردازش دادهها به جریان مداوم برق نیاز دارند. اگر این بخشها بتوانند با توان بسیار کمتری کار کنند، تحولی جدی در بهرهوری انرژی دستگاهها رخ خواهد داد.
فناوری جدید بر پایه نوعی حافظه به نام پیوند تونلی فروالکتریک یا FTJ توسعه یافته است؛ مفهومی که نخستین بار در دهه هفتاد میلادی معرفی شد.
این ساختار از خاصیت فروالکتریسیته بهره میبرد؛ قابلیتی که امکان تغییر جهت قطبش الکتریکی در یک ماده را فراهم میکند. با تغییر این قطبش، میزان عبور جریان کنترل میشود و اطلاعات به شکل بیتهای صفر و یک ذخیره میگردد.
با وجود این، کوچکسازی چنین حافظههایی همواره با مشکل افت عملکرد در ابعاد بسیار ریز همراه بوده است. در اندازههای بسیار کوچک، مواد معمولی ویژگیهای خود را از دست میدهند و نشت جریان در مرز کریستالها موجب کاهش بازده میشود.
اکنون تیمی به سرپرستی یوتاکا ماجیما از موسسه علوم توکیو توانسته این مانع را برطرف کند. آنها با استفاده از اکسید هافنیوم که مشخص شده حتی در ضخامتهای بسیار اندک نیز خاصیت فروالکتریکی خود را حفظ میکند، حافظهای با ابعاد حدود ۲۵ نانومتر ساختهاند؛ مقیاسی که تنها بخش بسیار کوچکی از ضخامت یک تار مو است.
این گروه بهجای حذف کامل مشکل نشت جریان، راهبرد متفاوتی در پیش گرفتند. بررسیها نشان داد کاهش بیشتر اندازه ساختار میتواند اثر مرزهای کریستالی را کمتر کند.
افزون بر این، با ابداع روشی برای گرمکردن الکترودها، آنها را به شکلی نیمدایرهای درآوردند تا ساختاری نزدیکتر به یک کریستال یکنواخت ایجاد شود و مسیرهای نشت جریان کاهش یابد.
نتیجه این رویکرد ساخت حافظهای است که برخلاف انتظار رایج، با کوچکتر شدن عملکرد بهتری از خود نشان میدهد. چنین ویژگیای میتواند روند کوچکسازی قطعات الکترونیکی را که سالها با محدودیت روبهرو بوده، وارد مرحله تازهای کند.
کاربردهای احتمالی این دستاورد گسترده است. برای نمونه، ساعتهای هوشمند یا حسگرهای متصل به اینترنت اشیا ممکن است بدون نیاز به شارژ مکرر یا تعویض باتری برای ماهها فعال بمانند. در حوزه هوش مصنوعی نیز استفاده از چنین حافظهای میتواند پردازش سریعتر را با مصرف انرژی بسیار پایینتر همراه سازد.
نکته مهم دیگر آن است که اکسید هافنیوم پیشتر در صنعت نیمهرساناها بهکار رفته است. این موضوع احتمال سازگاری فناوری تازه با خطوط تولید فعلی را افزایش میدهد و میتواند مسیر تجاریسازی آن را کوتاهتر کند.
یوتاکا ماجیما درباره این پیشرفت توضیح داد عبور از محدودیتهایی که سالها بدیهی تلقی میشدند نیازمند زیر سؤال بردن فرضیات قدیمی است و همین نگاه متفاوت راه را برای دستیابی به راهکاری کاملا نو هموار کرده است.