Нова технологія може вмістити в 10-100 разів більше інформації на одному пристрої та обробляти її в одному місці. Нова пам'ять обробляє дані подібно до синапсів у людському мозку. Особливістю пам'яті є перемикання опорів, яке здатне до безперервного діапазону станів, на відміну від традиційної пам'яті, яка має лише два стани: одиницю або нуль.
Прототип пристрою на основі оксиду гафнію, матеріалу, який вже використовується в напівпровідниковій промисловості. Технологія була запатентована Cambridge Business Enterprise.
Одним із потенційних рішень проблеми неефективної комп’ютерної пам’яті є новий тип технології, відомої як резистивна комутаційна пам’ять. Звичайні пристрої пам'яті здатні перебувати в двох станах: одиниця або нуль. Однак функціонуючий резистивний комутаційний пристрій пам’яті міг би підтримувати безперервний діапазон станів – комп’ютерні пристрої пам’яті, засновані на цьому принципі, мали б набагато більшу щільність і швидкість.
«Наприклад, типовий USB-накопичувач, заснований на безперервному радіусі дії, міг би зберігати в десять-сто разів більше інформації», — сказав Хелленбранд.
Хелленбранд і його колеги розробили прототип пристрою на основі оксиду гафнію, ізоляційного матеріалу, який вже використовується в напівпровідниковій промисловості. Проблема використання цього матеріалу для додатків пам’яті з резистивним перемиканням відома як проблема однорідності. На атомарному рівні оксид гафнію не має структури, а атоми гафнію та кисню випадково змішані, що ускладнює його використання для пам’яті.
Проте дослідники виявили, що при додаванні барію до тонких плівок оксиду гафнію в композиційному матеріалі почали утворюватися незвичайні структури, перпендикулярні до площини оксиду гафнію.
Ці вертикальні збагачені барієм «містки» мають високу структуру та дозволяють електронам проходити, тоді як навколишній оксид гафнію залишається неструктурованим. У місці, де ці містки стикаються з контактами пристрою, створюється енергетичний бар’єр, який можуть перетинати електрони. Дослідники змогли контролювати висоту цього бар’єру, який, у свою чергу, змінює електричний опір композитного матеріалу.
«Це дозволяє існувати кілька станів у матеріалі, на відміну від звичайної пам’яті, яка має лише два стани», — сказав Хелленбранд.
На відміну від інших композитних матеріалів, які вимагають дорогих високотемпературних методів виробництва, ці композити з оксиду гафнію самозбираються за низьких температур. Композитний матеріал продемонстрував високий рівень продуктивності та однорідності, що робить їх дуже перспективними для додатків пам’яті наступного покоління.
Патент на цю технологію подано компанією Cambridge Enterprise, відділом комерціалізації університету.
«Що справді захоплююче в цих матеріалах, це те, що вони можуть працювати як синапс у мозку: вони можуть зберігати й обробляти інформацію в тому самому місці, як і наш мозок, що робить їх дуже перспективними для швидко зростаючих галузей штучного інтелекту та машинного навчання», — сказав Hellenbrand.
Зараз дослідники співпрацюють з промисловістю, щоб провести більш масштабні техніко-економічні обґрунтування матеріалів, щоб краще зрозуміти, як утворюються високоефективні структури. Оскільки оксид гафнію є матеріалом, який уже використовується в напівпровідниковій промисловості, дослідники кажуть, що його не важко буде інтегрувати в існуючі виробничі процеси.
Дослідження було частково підтримано Національним науковим фондом США та Дослідницькою радою з інженерних і фізичних наук (EPSRC), що входить до складу UKRI (UKRI).
