Elektronisia muisteja, jotka varastoivat myös energiaa

Barcelonan materiaalitieteen instituutin (ICMAB-CSIC) tutkimusryhmä on kokeellisesti esitellyt laitteen, jossa informaation ja energian varastointi voidaan integroida yhteen fyysiseen rakenteeseen.

Florencio Sánchezin ja Ignasi Finan johtama ryhmä tutkii materiaaleja haihtumattomia muisteja varten. ”Ferrosähköisillä materiaaleilla on spontaani polarisaatio; niiden pinnalle kertyy nollia ja ykkösiä, jotka voidaan vaihtaa sähköimpulsseilla, minkä vuoksi ne ovat luonnostaan houkuttelevia muisteiksi”, tutkimuksen tekijät selittävät.

Nykyiset pysyväismuistijärjestelmät kuluttavat yleensä paljon energiaa: toisaalta ne tarvitsevat merkittävästi energiaa informaation tallentamiseen; toisaalta ne myös lämpenevät huomattavasti, mikä pidentää jäähdytykseen tarvittavaa energiaa.

Tutkijat osoittivat erityisesti, että yhdistämällä ferroelektrisen hafniumoksidin, mikroelektroniikkateollisuudessa jo laajalti käytetyn materiaalin, erittäin ohueen bariumtitanaattikerrokseen on mahdollista saada aikaan rakenne, joka säilyttää informaatiota ja samanaikaisesti varastoi energiaa tehokkaasti ja vakaasti. Sánchezin ja Finan mukaan tällaiset piirirakenteet "voisivat mahdollisesti vähentää energiankulutusta ja tarjota paremman autonomian".

”Ferrosähköisiä kondensaattoreita käytetään perinteisissä muisteissa. Ferrosähköisen käyttäytymisen löytäminen hafniumoksidissa, teollisten prosessien kanssa yhteensopivassa materiaalissa, avaa oven paljon suuremman kapasiteetin muisteille.

Tämä johtuu siitä, että aiemmin käytetyt materiaalit olivat monimutkaisia, mikä rajoitti tiheiden rakenteiden valmistusta. Mahdollisuus käyttää näitä rakenteita samanaikaisesti informaation ja energian tallentamiseen on kuitenkin uusi ja edustaa erittäin kiinnostavaa tutkimusstrategiaa”, Fina ja Sánchez selittävät. Oli jo tiedossa, että kondensaattorit voivat varastoida sähköstaattista energiaa, mutta tähän tarkoitukseen tyypillisesti optimoidut materiaalit eivät mahdollistaneet informaation tallentamista.

Tutkijat ovat osoittaneet, että sopivilla materiaaleilla osa tästä energiasta voidaan varastoida väliaikaisesti kondensaattorin tavoin poistamatta materiaalin sisältämää informaatiota. Tämä on mahdollista, koska ferrosähköiset materiaalit reagoivat sähkökenttään eri tavoin: yksi reagoi informaation, joka on stabiili, ja toinen, elastisempi reagoi energiaan, joka voidaan ottaa talteen.

Vaikka työ on vielä perustutkimusvaiheessa, tulokset viittaavat selkeisiin potentiaalisiin sovelluksiin. Lisäksi nämä materiaalit kiinnostavat jo puolijohdeteollisuutta.

Aiheesta aiemmin:

Vanhan koulukunnan materiaali yllättää

Uusi konsepti haihtumattomalle muistille