Teknologi baru ini dapat memuat informasi 10 hingga 100 kali lebih banyak pada satu perangkat dan memprosesnya di satu tempat. Memori baru memproses data dengan cara yang sama seperti sinapsis di otak manusia. Fitur memori adalah peralihan resistensi, yang mampu melakukan rentang status secara terus menerus, tidak seperti memori tradisional, yang hanya memiliki dua status: satu atau nol.
Perangkat prototipe berdasarkan hafnium oksida, bahan yang sudah digunakan dalam industri semikonduktor. Teknologi ini dipatenkan oleh Cambridge Business Enterprise.
Salah satu solusi potensial terhadap masalah memori komputer yang tidak efisien adalah jenis teknologi baru yang dikenal sebagai resistive switching memory. Perangkat memori konvensional mampu melakukan dua keadaan: satu atau nol. Namun, perangkat memori switching resistif yang berfungsi akan mampu melakukan berbagai keadaan secara terus menerus – perangkat memori komputer berdasarkan prinsip ini akan mampu memiliki kepadatan dan kecepatan yang jauh lebih besar.
“Contohnya, stik USB yang berbasis pada jangkauan kontinu akan mampu menyimpan informasi antara sepuluh dan 100 kali lebih banyak,” kata Hellenbrand.
Hellenbrand dan rekan-rekannya mengembangkan perangkat prototipe berdasarkan hafnium oksida, bahan isolasi yang sudah digunakan dalam industri semikonduktor. Masalah penggunaan bahan ini untuk aplikasi memori switching resistif dikenal sebagai masalah keseragaman. Pada tingkat atom, hafnium oksida tidak memiliki struktur, dengan atom hafnium dan oksigen tercampur secara acak, sehingga sulit digunakan untuk aplikasi memori.
Namun, para peneliti menemukan bahwa dengan menambahkan barium ke lapisan tipis hafnium oksida, beberapa struktur yang tidak biasa mulai terbentuk, tegak lurus terhadap bidang hafnium oksida, pada material komposit.
'Jembatan' vertikal kaya barium ini sangat terstruktur, dan memungkinkan elektron melewatinya, sementara hafnium oksida di sekitarnya tetap tidak terstruktur. Pada titik pertemuan jembatan ini dengan kontak perangkat, penghalang energi tercipta, yang dapat dilewati elektron. Para peneliti mampu mengontrol ketinggian penghalang ini, yang pada gilirannya mengubah hambatan listrik material komposit.
“Hal ini memungkinkan adanya banyak keadaan dalam materi, tidak seperti memori konvensional yang hanya memiliki dua keadaan,” kata Hellenbrand.
Tidak seperti material komposit lainnya, yang memerlukan metode pembuatan suhu tinggi yang mahal, komposit hafnium oksida ini dapat dirakit sendiri pada suhu rendah. Material komposit menunjukkan tingkat kinerja dan keseragaman yang tinggi, menjadikannya sangat menjanjikan untuk aplikasi memori generasi berikutnya.
Paten atas teknologi ini telah diajukan oleh Cambridge Enterprise, cabang komersialisasi Universitas.
“Yang menarik dari materi ini adalah materi ini dapat bekerja seperti sinapsis di otak: materi tersebut dapat menyimpan dan memproses informasi di tempat yang sama, seperti yang bisa dilakukan otak kita, sehingga materi ini sangat menjanjikan untuk bidang AI dan pembelajaran mesin yang berkembang pesat,” kata Hellenbrand.
Para peneliti sekarang bekerja sama dengan industri untuk melakukan studi kelayakan yang lebih besar terhadap material tersebut, untuk memahami lebih jelas bagaimana struktur berkinerja tinggi terbentuk. Karena hafnium oksida adalah bahan yang sudah digunakan dalam industri semikonduktor, para peneliti mengatakan tidak akan sulit untuk mengintegrasikannya ke dalam proses manufaktur yang sudah ada.
Penelitian ini sebagian didukung oleh US National Science Foundation dan Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), yang merupakan bagian dari UK Research and Innovation (UKRI).