Новая технология позволяет разместить на одном устройстве в 10–100 раз больше информации и обрабатывать ее в одном месте. Новая память обрабатывает данные аналогично синапсам человеческого мозга. Особенностью памяти является сопротивление переключения, способное к непрерывному диапазону состояний, в отличие от традиционной памяти, имеющей только два состояния: одно или ноль.
Прототип устройства на основе оксида гафния — материала, уже используемого в полупроводниковой промышленности. Технология была запатентована Cambridge Business Enterprise.
Одним из потенциальных решений проблемы неэффективной компьютерной памяти является новый тип технологии, известный как резистивная переключающая память. Обычные запоминающие устройства способны находиться в двух состояниях: одном или нуле. Однако функционирующее резистивное переключающее запоминающее устройство будет способно сохранять непрерывный диапазон состояний – компьютерные устройства памяти, основанные на этом принципе, будут обладать гораздо большей плотностью и скоростью.
«Например, типичный USB-накопитель с непрерывным радиусом действия сможет хранить в 10–100 раз больше информации», — сказал Хелленбранд.
Хелленбранд и его коллеги разработали прототип устройства на основе оксида гафния — изоляционного материала, который уже используется в полупроводниковой промышленности. Проблема с использованием этого материала для приложений с резистивной переключаемой памятью известна как проблема единообразия. На атомном уровне оксид гафния не имеет структуры: атомы гафния и кислорода смешаны случайным образом, что затрудняет его использование в устройствах памяти.
Однако исследователи обнаружили, что при добавлении бария к тонким пленкам оксида гафния в композитном материале начали формироваться некоторые необычные структуры, перпендикулярные плоскости оксида гафния.
Эти вертикальные «мостики», богатые барием, хорошо структурированы и позволяют электронам проходить сквозь них, в то время как окружающий их оксид гафния остается неструктурированным. В месте соединения этих мостиков с контактами устройства создается энергетический барьер, который могут преодолеть электроны. Исследователи смогли контролировать высоту этого барьера, что, в свою очередь, меняет электрическое сопротивление композитного материала.
«Это позволяет материалу существовать в нескольких состояниях, в отличие от традиционной памяти, которая имеет только два состояния», — сказал Хелленбранд.
В отличие от других композитных материалов, производство которых требует дорогостоящих высокотемпературных методов, эти композиты на основе оксида гафния самособираются при низких температурах. Композитный материал показал высокий уровень производительности и однородности, что делает его весьма перспективным для приложений памяти следующего поколения.
Патент на эту технологию был подан Cambridge Enterprise, подразделением университета по коммерциализации.
«Что действительно интересно в этих материалах, так это то, что они могут работать как синапс в мозге: они могут хранить и обрабатывать информацию в одном и том же месте, как это делает наш мозг, что делает их весьма перспективными для быстро развивающихся областей искусственного интеллекта и машинного обучения», — сказал он. Хелленбранд.
В настоящее время исследователи работают с промышленностью над проведением более масштабных технико-экономических обоснований материалов, чтобы более четко понять, как формируются высокопроизводительные конструкции. Поскольку оксид гафния уже используется в полупроводниковой промышленности, исследователи говорят, что его не составит труда интегрировать в существующие производственные процессы.
Исследование было частично поддержано Национальным научным фондом США и Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC), входящим в состав Британского отдела исследований и инноваций (UKRI).
