W przeciwieństwie do konwencjonalnej pamięci opartej na krzemie, nowe urządzenie może przechowywać i przepisywać informacje w temperaturach powyżej 600oC, czyli wyższych niż te panujące na powierzchni Wenus. Wszystko dzięki osiągnięciu naukowców z University of Michigan we współpracy z badaczami z Sandia National Laboratory. Szczegóły opisano w czasopiśmie Device.
Czytaj też: Nowy rekord świata szybkości pamięci RAM. Osiągnięto nieziemski wynik
Prof. Yiyang Li z University of Michigan mówi:
Może umożliwić tworzenie urządzeń elektronicznych, które wcześniej nie istniały do zastosowań w wysokich temperaturach. Do tej pory zbudowaliśmy urządzenie, które przechowuje jeden bit, porównywalne z innymi demonstracjami pamięci komputerowej w wysokiej temperaturze. Dzięki większemu rozwojowi i inwestycjom teoretycznie mogłoby ono przechowywać megabajty lub gigabajty danych.
Ta pamięć może działać nawet na innych planetach
Zastosowana technologia opiera się na ruchu jonów tlenu, co czyni urządzenie odpornym na skrajne warunki, w których tradycyjne pamięci zawodzą. Urządzenie działa na zasadzie elektrochemicznej, podobnej do działania akumulatorów, gdzie jony tlenu przemieszczają się między warstwami tantalu i tlenku tantalu. Zmiany w zawartości tlenu umożliwiają przełączanie materiału między stanami przewodzącym a izolacyjnym, co pozwala na zapis danych w formacie binarnym.
Czytaj też: Z komputera kwantowego zrobili kryształ czasu. Niebywała transformacja w wykonaniu naukowców
Jest jedno ale. Nowe informacje mogą być zapisywane na urządzeniu tylko w temperaturze powyżej 250oC. To oznacza, że niemożliwe byłoby korzystanie z niego w “normalnych” warunkach. Naukowcy uważają jednak, że odpowiednia grzałka mogłaby rozwiązać ten problem.
Nowoczesna pamięć odporna na wysokie temperatury opiera się na ruchu ujemnie naładowanych jonów tlenu, zamiast elektronów. W tradycyjnych półprzewodnikach krzemowych, przy temperaturach powyżej 150oC, przewodzenie staje się niekontrolowane, co prowadzi do utraty informacji. Jednak jony tlenu w tym nowym urządzeniu są mniej podatne na ciepło, co pozwala na trwałe przechowywanie danych nawet w ekstremalnych warunkach.
Jony tlenu przemieszczają się między warstwami pamięci – półprzewodnikowym tlenkiem tantalu i metalicznym tantalem – poprzez stały elektrolit, który blokuje ruch innych ładunków. Trzy platynowe elektrody precyzyjnie kontrolują, czy tlen jest wciągany do tlenku tantalu czy wypychany z niego. Proces przypomina ładowanie baterii, ale zamiast przechowywać energię, służy do zapisywania informacji. Warstwy tantalu i tlenku tantalu pozostają stabilne, nie mieszają się i zachowują swoje stany, dopóki napięcie nie zostanie zmienione.
W zależności od ilości tlenu w tlenku tantalu, materiał może działać jako izolator lub przewodnik, co pozwala na przełączanie między dwoma stanami napięcia, odpowiadającymi cyfrom 0 i 1. Precyzyjne kontrolowanie gradientu tlenu może umożliwić bardziej zaawansowane obliczenia bezpośrednio w pamięci, oferując ponad 100 stanów rezystancji zamiast tradycyjnego binarnego systemu. Takie rozwiązanie mogłoby znacząco obniżyć zużycie energii w systemach komputerowych.
Co więcej, urządzenie zachowuje stabilność danych przez ponad 24 godziny w ekstremalnych temperaturach, co stanowi wyraźną przewagę nad konkurencyjnymi technologiami, takimi jak pamięci ferroelektryczne. Pracując na niższych napięciach i oferując więcej stanów analogowych, urządzenie jest bardziej wszechstronne i wydajne.
Urządzenie może zrewolucjonizować technologie stosowane w sektorach energetycznym, lotniczym czy kosmicznym, gdzie kluczowe są niezawodność i odporność na skrajne warunki. Badania nad wykorzystaniem technologii w praktycznych zastosowaniach, takich jak systemy monitorujące czy autonomiczne czujniki, otwierają drzwi do przyszłości, w której granice techniczne zostaną przesunięte jeszcze dalej.