Революційний прорив у світі комп'ютерних технологій: новий матеріал знизив енергоспоживання в мільярд разів.


Пам'ять, що функціонує на основі фазових переходів, здатна зберігати величезні обсяги інформації, проте для цього необхідно чимало енергії. Дослідники виявили метод, який дозволяє зменшити її споживання.

Дослідники зі США змогли зробити пам'ять із фазовим переходом енергоефективною, що може кардинально змінити роботу комп'ютерів, смартфонів та інших пристроїв, які використовують системи зберігання даних. Вони відзвітували про досягнення в статті, опублікованій у науковому журналі Nature.

Пам'ять із фазовим переходом (ПФП) є інноваційною технологією, що базується на різних фазах матеріалів для інформаційного зберігання. Під час переходу матеріалів з аморфного стану в кристалічний, вони функціонують як перемикачі "включено/виключено", що нагадує бінарну систему, яка широко застосовується в сучасних методах зберігання даних.

Звучить складно, але ПФП цілком можна використовувати e смартфонах, комп'ютерах, ноутбуках та інших пристроях. Головна проблема полягає в тому, що фазовий перехід вимагає великої кількості енергії, і це заважає широко впровадити технологію в малопотужній техніці.

Спільними зусиллями фахівців з Пенсільванського університету, Массачусетського технологічного інституту та Індійського інституту науки вдалося здійснити фазовий перехід селеніду індію, використавши лише одну мільярдну частину енергії, необхідної для роботи з цим матеріалом раніше. Вчені вважають, що це відкриття може спричинити справжню революцію у сфері зберігання даних, особливо в сучасних гаджетах.

В аморфному стані атоми речовини організовані випадковим чином. Перехід матеріалу в аморфну структуру називається аморфізацією. Зазвичай цей процес відбувається шляхом плавлення матеріалу до рідкої консистенції, а потім швидкого охолодження, що запобігає формуванню кристалів.

Метод аморфізації через загартування розплавлених матеріалів є енергозатратним процесом. Проте, близько десяти років тому команда дослідників на чолі з Рітешем Агарвалом з Університету Пенсільванії виявила, що електричні імпульси можуть забезпечити аналогічний результат в сплавах германію, сурми та телуру.

Команда не зупинилася на досягнутому і вирішила застосувати напівпровідниковий матеріал – селенід індію. Цей матеріал має здатність до спонтанної поляризації та може виробляти електричний струм при механічному навантаженні, завдяки своїй п'єзоелектричній властивості, швидко реагуючи на деформації.

Досліджуючи ці процеси під спеціальним мікроскопом, вчені виявили їхню схожість з явищами землетрусу та снігової лавини. Коли електричний струм проходить через матеріал, мікроскопічні ділянки, розміром в мільярдну частину метра, починають демпфувати. П'єзоелектричні властивості матеріалу в поєднанні з його шаруватою структурою сприяють переміщенню частинок In2Se3 в нестабільні стани, подібно до того, як сніг зсувається на вершині гори.

У критичній точці рух призводить до поширення деформацій, і коли деформовані області стикаються, в матеріалі генеруються звукові хвилі. Звукові хвилі діють як сейсмічні, що переміщують землю під час землетрусу, що призводить до ще більшої деформації і створення нових аморфних областей, подібно до лавини.

Related posts