Биты мощности / производительности: 16 ноября

Светоизлучающая память
Исследователи из Национального Тайваньского педагогического университета и Университета Кюсю предлагают «светоизлучающая память» на основе перовскита, способного одновременно хранить и визуально передавать данные. Команда использовала эту идею в сочетании с резистивной оперативной памятью (RRAM), в которой состояния высокого и низкого сопротивления представляют собой единицы и нули.

«Электрические измерения, необходимые для проверки сопротивления и чтения нулей и единиц из RRAM, могут ограничить общую скорость», — сказал Чун-Чие Чанг, профессор Национального тайваньского педагогического университета. «Недавно, чтобы решить эту проблему, RRAM были объединены со светодиодами для создания так называемой светоизлучающей памяти. В этом случае данные также можно прочитать, проверив, горит или нет светодиод. Это дополнительное оптическое считывание также открывает новые пути для передачи больших объемов информации».

Однако изготовление такого устройства оказалось затруднительным. Команда обратилась к перовскиту, состоящему из бромида цезия и свинца (CsPbBr3), и показала, что данные можно записывать, стирать и считывать электрическим способом в одном из перовскитных устройств, действующих как RRAM. Одновременно второе перовскитное устройство может оптически передавать данные о записи или стирании данных посредством излучения света, работая как светоизлучающая электрохимическая ячейка с высокой скоростью передачи.

«Используя всего лишь один слой перовскита между контактами, мы могли бы изготовить устройство, которое будет работать и как RRAM, и как светоизлучающая электрохимическая ячейка», — объясняет Я-Джу Ли из Национального тайваньского педагогического университета, который также руководил исследованием. «Воспользовавшись преимуществами быстрого, электрически переключаемого ионного движения, которое обеспечивает эту двойную функциональность в одном слое перовскита, мы смогли соединить два устройства вместе и разработать полностью неорганическую перовскитную светоизлучающую память».

Кроме того, исследователи использовали квантовые точки перовскита двух разных размеров для двух устройств в светоизлучающей памяти, чтобы добиться разных цветов излучения в зависимости от того, записывалась или стиралась память, обеспечивая индикатор единиц и нулей в реальном времени.

«Эта демонстрация значительно расширяет сферу применения разработанной полностью перовскитной светоизлучающей памяти и может служить новой парадигмой синергетического сочетания электронных и фотонных степеней свободы в перовскитных материалах», — сказал Каору Тамада, выдающийся профессор Кюсю. Университетский институт химии материалов и инженерии. «От многоадресной ячеистой сети до систем шифрования данных — эти результаты могут найти множество применений в технологиях следующего поколения».

Генерация случайных чисел
Исследователи из Университета науки и технологий короля Абдаллы (KAUST), Университета Сучжоу, Университета Модены и Реджо-Эмилии, Imec, Каталонского института нанонауки и нанотехнологий, Университета Гранады, Шанхайского технологического университета, Стэнфордского университета, Университета Барселоны и Израильского института Технологию предлагают использовать мемристоры как генератор случайных чисел.

«Мемристоры — это мета/изоляторы/металлические наноячейки на основе двумерных материалов, которые имеют высокую скорость работы, низкое энергопотребление, очень длительный срок службы и время хранения данных, а также их очень легко и дешево изготовить», — сказал Марио Ланца из KAUST. . «По этой причине мемристоры интенсивно исследуются для таких приложений, как электронная память высокой плотности. Они также особенно полезны для систем шифрования, поскольку могут генерировать колебательные электронные сигналы с чрезвычайно высокой степенью случайности».

Мемристоры создают тип электрического шума, называемый случайным телеграфным шумом (RTN), который можно использовать для генерации случайных чисел. Команда стремилась спроектировать и изготовить мемристорное устройство, которое будет иметь стабильное RTN с течением времени.

«Основная проблема заключалась в том, что атомная структура резистивной тонкой пленки со временем ухудшается, что приводит к исчезновению сигнала RTN», — сказал Ланца. «В наших устройствах мы использовали двумерный многослойный гексагональный нитрид бора, который представляет собой двумерный материал, имеющий очень стабильную атомную структуру и невосприимчивый к этому воздействию».

Команда изготовила сотни устройств, используя отраслевые методы, и охарактеризовала их, используя ряд методов, включая тест на случайность, включающий генерацию одноразовых паролей.

«Ключевым аспектом нашей работы было использование производственных процессов, совместимых с промышленностью, что облегчает интеграцию в коммерческую продукцию», — сказал Ланца. «Мы также представили информацию о урожайности и изменчивости для сотен устройств; это были огромные усилия, но они придают нашему исследованию большую надежность».

Поиск сегнетоэлектрических материалов
Исследователи из Университета штата Пенсильвания продемонстрировали сегнетоэлектричество в магнийзамещенном оксиде цинка.

Сегнетоэлектрики обладают спонтанной электрической поляризацией в результате смещения отрицательных и положительных зарядов внутри материала, которую можно переориентировать путем приложения внешнего электрического поля. Они могут быть полезны для хранения данных и памяти, поскольку остаются в одном поляризованном состоянии без дополнительного питания.

«Мы определили новое семейство материалов, из которых мы можем делать крошечные конденсаторы, и мы можем установить их ориентацию поляризации так, чтобы их поверхностный заряд был плюс или минус», — сказал Джон-Пол Мария, профессор материаловедения и инженерии в Университете. Пенсильванский штат. «Эта настройка энергонезависимы, то есть мы можем установить конденсатор на плюс, и он останется плюсом, мы можем установить его на минус, он останется минусом. А потом мы сможем вернуться и определить, как мы установили этот конденсатор, скажем, час назад».

Новые материалы изготовлены из тонких пленок магнийзамещенного оксида цинка. Пленка была выращена методом напыления — процесса, при котором ионы аргона ускоряются по направлению к материалу мишени, воздействуя на него с достаточно высокой энергией, чтобы вырвать атомы из мишени, содержащей магний и цинк. Освободившиеся атомы магния и цинка перемещаются в паровой фазе, пока не вступят в реакцию с кислородом, не соберутся на подложке из оксида алюминия, покрытой платиной, и не образуют тонкие пленки.

«Этот тип хранилища не требует дополнительной энергии», — сказала Мария. «И это важно, потому что многим компьютерным запоминающим устройствам, которые мы используем сегодня, требуется дополнительное электричество для хранения информации, и мы тратим значительную часть американского энергетического бюджета на информацию».

«Вообще, сегнетоэлектричество часто возникает в минералах, сложных с точки зрения структуры и химии», — сказала Мария. «И около двух лет назад наша команда выдвинула идею о том, что существуют и другие, более простые кристаллы, в которых можно идентифицировать это полезное явление, поскольку были некоторые подсказки, которые заставили нас предположить такую ​​возможность. Сказать «сегнетоэлектрики повсюду» — это своего рода игра слов, но она отражает идею о том, что вокруг нас были материалы, которые давали нам подсказки, а мы долгое время игнорировали эти подсказки».

Кроме того, тонкие пленки магнийзамещенного оксида цинка можно осаждать при гораздо более низких температурах, чем другие сегнетоэлектрические материалы.

«Подавляющее большинство электронных материалов изготавливается с помощью высоких температур, а высокие температуры означают от 300 до 1000 градусов по Цельсию (от 572 до 1835 градусов по Фаренгейту)», — сказала Мария. «Всякий раз, когда вы производите материалы при повышенных температурах, это сопряжено с множеством трудностей. Обычно это инженерные трудности, но, тем не менее, они усложняют задачу. Учтите, что каждому конденсатору нужны два электрических контакта — если я подготовлю свой сегнетоэлектрический слой при высоких температурах хотя бы на одном из этих контактов, в какой-то момент произойдет нежелательная химическая реакция. Итак, когда вы можете производить вещи при низких температурах, вам будет гораздо легче их интегрировать».

Исследователи планируют продолжить работу над материалом, превращая его в конденсаторы и оценивая надежность и технологичность.

Источник: https://semiengineering.com/power- Performance-bits-nov-16/