Moč/zmogljivost: 16. nov

Svetlobni pomnilnik
Raziskovalci iz nacionalne tajvanske normalne univerze in univerze Kyushu predlagajo a 'svetleči pomnilnik' na osnovi perovskita, ki lahko hkrati shranjuje in vizualno prenaša podatke. Ekipa je idejo uporabila v povezavi z uporovnim RAM-om (RRAM), v katerem stanja visokega in nizkega upora predstavljajo enice in ničle.

"Električne meritve, potrebne za preverjanje upora in branje ničel in enic iz RRAM-a, lahko omejijo skupno hitrost," je dejal Chun-Chieh Chang, profesor na Nacionalni tajvanski normalni univerzi. »V zadnjem času so bili RRAM-ji združeni z diodami LED, da bi rešili to težavo, da bi razvili nekaj, kar imenujemo pomnilniki, ki oddajajo svetlobo. V tem primeru lahko podatke preberete tudi tako, da preverite, ali LED lučka sveti ali ne. To dodatno optično branje odpira tudi nove poti za prenos velikih količin informacij.”

Vendar se je izdelava takšne naprave izkazala za težavno. Ekipa se je obrnila na perovskit, sestavljen iz cezijevega svinčevega bromida (CsPbBr3), in pokazala, da je mogoče podatke električno zapisati, izbrisati in prebrati v eni od perovskitnih naprav, ki delujejo kot RRAM. Istočasno lahko druga perovskitna naprava optično prenaša, ali se podatki pišejo ali brišejo z oddajanjem svetlobe, tako da deluje kot elektrokemična celica, ki oddaja svetlobo, z visoko hitrostjo prenosa.

»Z uporabo samo ene perovskitne plasti med kontakti bi lahko izdelali napravo, ki deluje tako kot RRAM kot elektrokemična celica, ki oddaja svetlobo,« pojasnjuje Ya-Ju Lee s tajvanske nacionalne univerze, ki je tudi vodil študijo. "Z izkoriščanjem prednosti hitrega, električno preklopljivega ionskega gibanja, ki omogoča to dvojno funkcionalnost v eni sami plasti perovskita, smo lahko povezali dve napravi skupaj in razvili povsem anorganski perovskitni pomnilnik, ki oddaja svetlobo."

Poleg tega so raziskovalci uporabili perovskitne kvantne pike dveh različnih velikosti za dve napravi v pomnilniku, ki oddaja svetlobo, da bi dosegli različne barve emisij, odvisno od tega, ali se pomnilnik piše ali briše, kar zagotavlja indikator enic in ničel v realnem času.

"Ta demonstracija bistveno razširja obseg uporabe razvitega perovskitnega svetlobnega pomnilnika in lahko služi kot nova paradigma sinergijske kombinacije med elektronskimi in fotonskimi stopnjami svobode v perovskitnih materialih," je dejal Kaoru Tamada, ugledni profesor na Kyushuju. Univerzitetni inštitut za kemijo in inženirstvo materialov. "Od multicast mesh omrežja do sistemov za šifriranje podatkov, te ugotovitve imajo potencial za številne aplikacije v tehnologijah naslednje generacije."

Generiranje naključnih številk
Raziskovalci z Univerze za znanost in tehnologijo King Abdullah (KAUST), Univerze Soochow, Università di Modena e Reggio Emilia, Imec, Katalonskega inštituta za nanoznanost in nanotehnologijo, Universidad de Granada, Univerze ShanghaiTech, Univerze Stanford, Universitat de Barcelona in Izraelskega inštituta za Tehnologija predlaga uporabo memristorji kot generator naključnih števil.

"Memristorji so meta/izolator/kovinske nanocelice, ki temeljijo na dvodimenzionalnih materialih, ki imajo hitro delovanje, nizko porabo energije in zelo dolgo vzdržljivost ter čas hrambe podatkov, prav tako pa jih je zelo enostavno in poceni izdelati," je dejal Mario Lanza iz KAUST-a. . »Zaradi tega se memristorji intenzivno raziskujejo za aplikacije, kot so elektronski pomnilniki visoke gostote. Prav tako so še posebej uporabni za šifrirne sisteme, ker lahko proizvedejo nihajoče elektronske signale z izjemno visoko stopnjo naključnosti.

Memristorji proizvajajo vrsto električnega šuma, imenovanega naključni telegrafski šum (RTN), ki se lahko uporablja za generiranje naključnih števil. Ekipa je skušala oblikovati in izdelati memristorsko napravo, ki ima sčasoma stabilen RTN.

"Glavni izziv je bil, da se atomska struktura uporovnega tankega filma sčasoma razgradi, kar povzroči izginotje signala RTN," je dejal Lanza. "V naših napravah smo uporabili dvodimenzionalni večplastni heksagonalni borov nitrid, ki je dvodimenzionalni material, ki ima zelo stabilno atomsko strukturo in je imun na ta učinek."

Ekipa je izdelala na stotine naprav z metodami, združljivimi z industrijo, in jih karakterizirala z vrsto tehnik, vključno s testom naključnosti, ki vključuje ustvarjanje enkratnih gesel.

"Ključni vidik našega dela je bila uporaba postopkov izdelave, ki so združljivi z industrijo, kar olajša integracijo v komercialne izdelke," je dejal Lanza. »Predstavili smo tudi podatke o izkoristku in variabilnosti za stotine naprav; bil je ogromen napor, vendar daje naši študiji večjo zanesljivost.«

Iskanje feroelektričnih materialov
To so pokazali raziskovalci z univerze Pennsylvania State University feroelektričnost v z magnezijem substituiranem cinkovem oksidu.

Feroelektrični materiali imajo spontano električno polarizacijo kot rezultat premikov negativnih in pozitivnih nabojev v materialu, ki jih je mogoče preusmeriti z uporabo zunanjega električnega polja. Lahko bi bili uporabni za shranjevanje podatkov in pomnilnik, ker ostanejo v enem polariziranem stanju brez dodatnega napajanja.

"Identificirali smo novo družino materialov, iz katerih lahko izdelamo majhne kondenzatorje in lahko nastavimo njihovo polarizacijsko orientacijo tako, da je njihov površinski naboj plus ali minus," je povedal Jon-Paul Maria, profesor znanosti o materialih in inženiringa na Penn State. »Ta nastavitev je nehlapna, kar pomeni, da lahko nastavimo kondenzator na plus, in ostane plus, lahko ga nastavimo na minus, ostane minus. In potem se lahko vrnemo in ugotovimo, kako smo nastavili ta kondenzator, pred recimo eno uro.«

Novi materiali so izdelani iz tankih plasti cinkovega oksida, ki so substituirani z magnezijem. Film je bil vzgojen z nanašanjem z razprševanjem, procesom, pri katerem se ioni argona pospešijo proti tarčnim materialom, pri čemer nanj vplivajo z dovolj visoko energijo, da osvobodijo atome iz tarče, ki vsebuje magnezij in cink. Osvobojeni atomi magnezija in cinka potujejo v parni fazi, dokler ne reagirajo s kisikom in se zberejo na substratu iz aluminijevega oksida, prevlečenem s platino, in tvorijo tanke filme.

"Ta vrsta shranjevanja ne zahteva dodatne energije," je dejala Maria. "In to je pomembno, ker veliko računalniških pomnilnikov, ki jih uporabljamo danes, potrebuje dodatno elektriko za vzdrževanje informacij, poleg tega porabimo precejšnjo količino ameriškega proračuna za energijo za informacije."

"Na splošno se feroelektričnost pogosto pojavlja v mineralih, ki so zapleteni s stališča strukture in kemije," je dejala Maria. »In naša ekipa je predlagala idejo pred približno dvema letoma, da obstajajo drugi enostavnejši kristali, v katerih bi lahko prepoznali ta uporaben pojav, saj je bilo nekaj namigov, zaradi katerih smo predlagali to možnost. Reči 'feroelektriki povsod' je nekoliko besedna igra, vendar zajame idejo, da so bili okoli nas materiali, ki so nam dajali namige, mi pa smo te namige dolgo časa ignorirali.«

Poleg tega je mogoče tanke plasti cinkovega oksida, substituirane z magnezijem, nanesti pri veliko nižjih temperaturah kot druge feroelektrične materiale.

"Velika večina elektronskih materialov je pripravljena s pomočjo visokih temperatur, visoke temperature pa pomenijo od 300 do 1000 stopinj Celzija (572 do 1835 stopinj Fahrenheita)," je dejala Maria. »Kadarkoli izdelujete materiale pri povišanih temperaturah, je to povezano s številnimi težavami. Ponavadi predstavljajo inženirske težave, vendar kljub temu vse naredijo večji izziv. Upoštevajte, da vsak kondenzator potrebuje dva električna kontakta - če svojo feroelektrično plast pripravim na visoke temperature na vsaj enem od teh kontaktov, bo na neki točki prišlo do neželene kemične reakcije. Torej, ko lahko izdelujete stvari pri nizkih temperaturah, jih lahko veliko lažje integrirate.«

Raziskovalci nameravajo nadaljevati delo na materialu, izdelati ga v kondenzatorje in oceniti zanesljivost in sposobnost izdelave.

Vir: https://semiengineering.com/power-performance-bits-nov-16/