この新技術により、1 つのデバイスに 10 ～ 100 倍の情報量を収め、1 か所で処理できるようになります。この新しいメモリは、人間の脳のシナプスと同様の方法でデータを処理します。このメモリの特徴は抵抗スイッチングで、1 または 0 の 2 つの状態しかない従来のメモリとは異なり、連続した状態範囲が可能です。
半導体業界ですでに使用されている材料である酸化ハフニウムをベースにしたプロトタイプデバイス。この技術は、ケンブリッジビジネスエンタープライズによって特許取得されています。
非効率的なコンピュータ メモリの問題に対する潜在的な解決策の 1 つは、抵抗スイッチング メモリと呼ばれる新しいタイプのテクノロジです。従来のメモリ デバイスは、1 または 0 の 2 つの状態に対応できます。ただし、機能する抵抗スイッチング メモリ デバイスは、連続した範囲の状態に対応できます。この原理に基づくコンピュータ メモリ デバイスは、はるかに高い密度と速度を実現できます。
「例えば、連続範囲に基づく一般的な USB スティックは、10 倍から 100 倍の情報量を保持することができます」とヘレンブランド氏は言います。
ヘレンブランド氏と彼の同僚は、半導体業界ですでに使用されている絶縁材料である酸化ハフニウムをベースにしたプロトタイプデバイスを開発した。この材料を抵抗スイッチングメモリアプリケーションに使用する場合の問題は、均一性の問題として知られている。原子レベルでは、酸化ハフニウムには構造がなく、ハフニウムと酸素の原子がランダムに混ざり合っているため、メモリアプリケーションに使用するのは困難である。
しかし研究者たちは、ハフニウム酸化物の薄膜にバリウムを加えると、複合材料中にハフニウム酸化物の平面に垂直な異常な構造が形成され始めることを発見した。
これらの垂直のバリウムを多く含む「ブリッジ」は高度に構造化されており、電子が通過できる一方、周囲の酸化ハフニウムは構造化されていない。これらのブリッジがデバイスの接点と接触する点にエネルギー障壁が形成され、電子がこれを越えることができる。研究者らはこの障壁の高さを制御することができ、その結果、複合材料の電気抵抗が変化する。
「これにより、2つの状態しか持たない従来のメモリとは異なり、材料内に複数の状態が存在できるようになります」とヘレンブランド氏は語った。
高価な高温製造方法を必要とする他の複合材料とは異なり、これらの酸化ハフニウム複合材料は低温で自己組織化します。この複合材料は高いレベルの性能と均一性を示し、次世代メモリ用途に非常に有望です。
この技術に関する特許は、同大学の商業化部門であるケンブリッジ・エンタープライズによって申請された。
「これらの材料の本当に素晴らしいところは、脳内のシナプスのように機能することです。つまり、人間の脳と同じように、情報を同じ場所に保存して処理できるため、急速に成長しているAIや機械学習の分野にとって非常に有望です」とヘレンブランド氏は語った。
研究者たちは現在、業界と協力して、高性能構造がどのように形成されるかをより明確に理解するために、この材料に関するより大規模な実現可能性調査を実施している。酸化ハフニウムは半導体業界ですでに使用されている材料であるため、研究者たちは、これを既存の製造プロセスに統合することは難しくないだろうと述べている。
この研究は、米国国立科学財団と英国研究イノベーション機構（UKRI）の一部門である工学・物理科学研究会議（EPSRC）の支援を受けて行われた。