Công nghệ mới có thể chứa lượng thông tin nhiều hơn từ 10 đến 100 lần trên một thiết bị và xử lý thông tin đó ở một nơi. Bộ nhớ mới xử lý dữ liệu theo cách tương tự như các khớp thần kinh trong não người. Một tính năng của bộ nhớ là chuyển đổi điện trở, có khả năng thực hiện nhiều trạng thái liên tục, không giống như bộ nhớ truyền thống, chỉ có hai trạng thái: một hoặc không.
Thiết bị nguyên mẫu dựa trên oxit hafnium, một vật liệu đã được sử dụng trong ngành bán dẫn. Công nghệ này đã được cấp bằng sáng chế bởi Cambridge Business Enterprise.
Một giải pháp tiềm năng cho vấn đề bộ nhớ máy tính kém hiệu quả là một loại công nghệ mới được gọi là bộ nhớ chuyển mạch điện trở. Các thiết bị bộ nhớ thông thường có khả năng ở hai trạng thái: một hoặc không. Tuy nhiên, một thiết bị bộ nhớ chuyển mạch điện trở hoạt động sẽ có khả năng hoạt động ở nhiều trạng thái liên tục – các thiết bị bộ nhớ máy tính dựa trên nguyên tắc này sẽ có khả năng có mật độ và tốc độ lớn hơn nhiều.
Hellenbrand cho biết: “Ví dụ, một thanh USB thông thường dựa trên phạm vi liên tục sẽ có thể chứa thông tin nhiều hơn từ 10 đến 100 lần”.
Hellenbrand và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một thiết bị nguyên mẫu dựa trên oxit hafnium, một vật liệu cách điện đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn. Vấn đề khi sử dụng vật liệu này cho các ứng dụng bộ nhớ chuyển mạch điện trở được gọi là vấn đề về tính đồng nhất. Ở cấp độ nguyên tử, hafnium oxit không có cấu trúc, với các nguyên tử hafnium và oxy được trộn lẫn ngẫu nhiên, khiến việc sử dụng nó cho các ứng dụng bộ nhớ trở nên khó khăn.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng bằng cách thêm bari vào các màng mỏng hafnium oxit, một số cấu trúc bất thường bắt đầu hình thành, vuông góc với mặt phẳng hafnium oxit, trong vật liệu composite.
Những 'cầu nối' giàu bari thẳng đứng này có cấu trúc cao và cho phép các electron đi qua, trong khi oxit hafnium xung quanh vẫn không có cấu trúc. Tại thời điểm những cây cầu này gặp các điểm tiếp xúc của thiết bị, một rào cản năng lượng được tạo ra để các electron có thể vượt qua. Các nhà nghiên cứu đã có thể kiểm soát độ cao của rào cản này, từ đó làm thay đổi điện trở của vật liệu composite.
Hellenbrand cho biết: “Điều này cho phép tồn tại nhiều trạng thái trong vật liệu, không giống như bộ nhớ thông thường chỉ có hai trạng thái”.
Không giống như các vật liệu composite khác đòi hỏi các phương pháp sản xuất ở nhiệt độ cao đắt tiền, các vật liệu tổng hợp oxit hafnium này tự lắp ráp ở nhiệt độ thấp. Vật liệu composite cho thấy hiệu suất cao và tính đồng nhất, khiến chúng có triển vọng cao cho các ứng dụng bộ nhớ thế hệ tiếp theo.
Bằng sáng chế về công nghệ này đã được Cambridge Enterprise, bộ phận thương mại hóa của trường đại học, nộp đơn.
“Điều thực sự thú vị về những vật liệu này là chúng có thể hoạt động giống như một khớp thần kinh trong não: chúng có thể lưu trữ và xử lý thông tin ở cùng một nơi, giống như bộ não của chúng ta, khiến chúng có nhiều hứa hẹn cho các lĩnh vực học máy và AI đang phát triển nhanh chóng,” cho biết. Hellenbrand.
Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc với ngành công nghiệp để thực hiện các nghiên cứu khả thi lớn hơn về vật liệu nhằm hiểu rõ hơn về cách thức hình thành các cấu trúc hiệu suất cao. Vì hafnium oxit là vật liệu đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn nên các nhà nghiên cứu cho biết sẽ không khó để tích hợp vào các quy trình sản xuất hiện có.
Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi Quỹ khoa học quốc gia Hoa Kỳ và Hội đồng nghiên cứu khoa học vật lý và kỹ thuật (EPSRC), một phần của Nghiên cứu và đổi mới của Vương quốc Anh (UKRI).
