Китайские исследователи из Нинбоского института материаловедения и инженерии Китайской академии наук (CAS) разработали новый материал, который может обеспечить практически бесконечный срок службы чипов для хранения данных. Согласно опубликованного китайскими СМИ сообщения, это открытие, сделанное с использованием нового типа сегнетоэлектрических материалов, может помочь снизить стоимость центров обработки данных, глубинных исследований и аэрокосмической промышленности.
В настоящее время сегнетоэлектрические материалы часто используются для производства чипов для хранения данных и сенсорных устройств. Эти материалы имеют решающее значение для искусственного интеллекта и других областей высоких технологий, затронутых санкциями США, поскольку Соединенные Штаты и Китай ведут технологическую войну. Сегнетоэлектрические материалы отлично подходят для создания микросхем памяти благодаря низкому энергопотреблению, возможности считывания без потерь и быстрой записи. Эти материалы могут быстро менять состояние под действием электрического поля, известного как поляризация, которое остается стабильным даже после снятия поля.
С этой целью сегнетоэлектрические материалы в настоящее время используются в технологиях хранения данных, датчиках и устройствах для сбора энергии. Однако в будущем они также могут быть использованы при создании серверов хранения данных или для поддержки крупных центров обработки данных. По заключениям экспертов, это потенциально может повлиять на продолжающееся соперничество между США и Китаем в области технологий искусственного интеллекта. Однако традиционные сегнетоэлектрические материалы, широко используемые в промышленности, такие как цирконат-титанат свинца (PZT), в процессе эксплуатации могут испытывать так называемую сегнетоэлектрическую усталость, что приводит к снижению их производительности и, в конечном счете, к поломке.
Китайская команда исследователей из Нинбоского института материаловедения и инженерии Китайской академии наук (CAS) стремилась решить эту проблему, улучшив структуру материала. “Когда во время процессов хранения и считывания данных возникают заряды, эти дефекты перемещаются и накапливаются, что в конечном итоге блокирует процесс поляризации и приводит к выходу устройства из строя”, - пояснил Хе Ри, доцент института и первый автор исследования. “Это похоже на то, как волны собирают мелкие камешки в море, постепенно образуя большой риф, который блокирует течение волн”, - добавил он. Было обнаружено, что проблема решается путем послойного создания сегнетоэлектрических материалов.
Используя моделирование на атомном уровне с помощью искусственного интеллекта, исследователи обнаружили, что двумерные скользящие сегнетоэлектрические материалы смещаются в целом во время переноса заряда при помещении под электрическое поле. Это предотвращает перемещение и накопление заряженных дефектов, тем самым предотвращая усталость.
Команда разработала двумерный слоистый материал толщиной в нанометр, известный как 3R-MoS2. Диаметр нанометра примерно в 100 000 раз меньше диаметра человеческого волоса. “Лабораторные тесты показали, что производительность 3R-MoS2 не снижается после миллионов циклов, что позволяет предположить, что запоминающие устройства, изготовленные из этого нового двумерного скользящего сегнетоэлектрического материала, не имеют ограничений на чтение/запись”, - говорится в отчете CAS.
Далее в отчете указывается, что, в то время как традиционные сегнетоэлектрические материалы ионного типа, такие как PZT, допускают десятки тысяч циклов чтения/записи, запоминающие устройства, изготовленные из нового двумерного слоистого скользящего сегнетоэлектрического материала, не имеют таких ограничений. При отсутствии ограничений на чтение/запись микросхемы памяти, изготовленные из этого материала, будут чрезвычайно долговечными. По мнению ученых, это сделает их идеальными для использования в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая промышленность и глубоководные исследования.
С полным текстом исследования можно ознакомиться в журнале Science.
