Nová technologie dokáže na jedno zařízení vměstnat 10 až 100krát více informací a zpracovat je na jednom místě. Nová paměť zpracovává data podobným způsobem jako synapse v lidském mozku. Charakteristickým rysem paměti je odporové spínání, které je schopné spojitého rozsahu stavů, na rozdíl od tradiční paměti, která má pouze dva stavy: jedničku nebo nulu.
Prototyp zařízení na bázi oxidu hafnia, materiálu, který se již používá v polovodičovém průmyslu. Technologie byla patentována Cambridge Business Enterprise.
Jedním z potenciálních řešení problému neefektivní počítačové paměti je nový typ technologie známý jako odporová přepínací paměť. Konvenční paměťová zařízení jsou schopna dvou stavů: jedna nebo nula. Funkční odporové spínací paměťové zařízení by však bylo schopné spojitého rozsahu stavů – paměťová zařízení počítačů založená na tomto principu by byla schopna daleko větší hustoty a rychlosti.
„Typický USB flash disk založený na nepřetržitém dosahu by byl například schopen pojmout desetkrát až 100krát více informací,“ řekl Hellenbrand.
Hellenbrand a jeho kolegové vyvinuli prototyp zařízení na bázi oxidu hafnia, izolačního materiálu, který se již používá v polovodičovém průmyslu. Problém s použitím tohoto materiálu pro aplikace s odporovou spínací pamětí je známý jako problém uniformity. Na atomární úrovni nemá oxid hafnia žádnou strukturu, přičemž atomy hafnia a kyslíku jsou náhodně smíchány, což ztěžuje použití pro paměťové aplikace.
Vědci však zjistili, že přidáním barya do tenkých vrstev oxidu hafnia se v kompozitním materiálu začaly tvořit některé neobvyklé struktury, kolmé k rovině oxidu hafnia.
Tyto vertikální „můstky“ bohaté na baryum jsou vysoce strukturované a umožňují průchod elektronů, zatímco okolní oxid hafnia zůstává nestrukturovaný. V místě, kde se tyto můstky setkávají s kontakty zařízení, byla vytvořena energetická bariéra, kterou mohou elektrony překročit. Výzkumníci byli schopni řídit výšku této bariéry, která zase mění elektrický odpor kompozitního materiálu.
"To umožňuje existenci více stavů v materiálu, na rozdíl od konvenční paměti, která má pouze dva stavy," řekl Hellenbrand.
Na rozdíl od jiných kompozitních materiálů, které vyžadují nákladné vysokoteplotní výrobní metody, se tyto kompozity z oxidu hafnia samy skládají při nízkých teplotách. Kompozitní materiál vykazoval vysokou úroveň výkonu a jednotnosti, díky čemuž je velmi slibný pro paměťové aplikace nové generace.
Patent na technologii podal Cambridge Enterprise, oddělení pro komercializaci univerzity.
„Na těchto materiálech je opravdu vzrušující to, že mohou fungovat jako synapse v mozku: mohou ukládat a zpracovávat informace na stejném místě, jako to dokáže náš mozek, což z nich dělá velmi slibné pro rychle rostoucí oblasti umělé inteligence a strojového učení,“ řekl. Hellenbrand.
Výzkumníci nyní spolupracují s průmyslem na provedení větších studií proveditelnosti materiálů, aby jasněji pochopili, jak se tvoří vysoce výkonné struktury. Vzhledem k tomu, že oxid hafnium je materiál, který se již používá v polovodičovém průmyslu, vědci tvrdí, že by nebylo obtížné integrovat do stávajících výrobních procesů.
Výzkum byl částečně podporován americkou Národní vědeckou nadací a Radou pro výzkum inženýrských a fyzikálních věd (EPSRC), která je součástí britského výzkumu a inovací (UKRI).