Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) en de University of Tokyo (UTokyo) hebben een nieuw geheugenapparaat met drie waarden ontwikkeld, geïnspireerd op solide lithium-ionbatterijen. Het voorgestelde apparaat, die een extreem laag energieverbruik heeft, kan de sleutel zijn voor de ontwikkeling van energiezuinigere en snellere RAM-componenten (Random Access Memory), die alomtegenwoordig zijn in moderne computers.

Vrijwel alle digitale apparaten die informatie verwerken, hebben snel geheugen nodig dat de ingangen tijdelijk kan vasthouden, gedeeltelijke resultaten, en output van de uitgevoerde operaties. Bij computers, dit geheugen wordt dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen genoemd, of DRAM. De snelheid van DRAM is belangrijk en kan een aanzienlijke invloed hebben op de algehele snelheid van het systeem. In aanvulling, het verlagen van het energieverbruik van geheugenapparaten is de laatste tijd een hot topic geworden om een ​​zeer energiezuinig computergebruik te realiseren. Daarom, veel onderzoeken hebben zich gericht op het testen van nieuwe geheugentechnologieën om de prestaties van conventionele DRAM te overtreffen.

De meest elementaire eenheden in een geheugenchip zijn de geheugencellen. Elke cel slaat typisch een enkele bit op door een van de twee mogelijke spanningswaarden aan te nemen en vast te houden, die overeenkomen met een opgeslagen waarde van nul of één. De kenmerken van de individuele cel bepalen grotendeels de prestaties van de totale geheugenchip. Eenvoudigere en kleinere cellen met een hoge snelheid en een laag energieverbruik zouden ideaal zijn om zeer efficiënt computergebruik naar een hoger niveau te tillen.

Een onderzoeksteam van Tokyo Tech onder leiding van prof. Taro Hitosugi en student Yuki Watanabe bereikte onlangs een nieuwe mijlpaal op dit gebied. Deze onderzoekers hadden eerder een nieuw geheugenapparaat ontwikkeld, geïnspireerd op het ontwerp van solide lithium-ionbatterijen. Het bestond uit een stapel van drie vaste lagen gemaakt van lithium, lithiumfosfaat en goud. Deze stapel is in wezen een miniatuurbatterij met lage capaciteit die als geheugencel fungeert; het kan snel worden geschakeld tussen geladen en ontladen toestanden die de twee mogelijke waarden van een bit vertegenwoordigen. Echter, goud combineert met lithium om een ​​dikke legeringslaag te vormen, waardoor de hoeveelheid energie die nodig is om van de ene toestand naar de andere over te schakelen toeneemt.

In hun laatste onderzoek, de onderzoekers creëerden een vergelijkbare drielaagse geheugencel met nikkel in plaats van goud. Ze verwachtten betere resultaten met nikkel omdat het niet gemakkelijk legeringen vormt met lithium, wat zou leiden tot een lager energieverbruik bij het overstappen. Het geheugenapparaat dat ze produceerden was veel beter dan het vorige; het kan eigenlijk drie spanningstoestanden bevatten in plaats van twee, wat betekent dat het een geheugenapparaat met drie waarden is. "Dit systeem kan worden gezien als een dunne-film lithiumbatterij met extreem lage capaciteit en drie oplaadstatussen, " legt prof. Hitosugi uit. Dit is een zeer interessante functie met potentiële voordelen voor driewaardige geheugenimplementaties, wat wellicht meer ruimtebesparend is.

De onderzoekers ontdekten ook dat nikkel een zeer dunne nikkeloxidelaag vormt tussen de Ni- en de lithiumfosfaatlagen (zie Fig. 1), en deze oxidelaag is essentieel voor het energiezuinig schakelen van het apparaat. De oxidelaag is veel dunner dan die van de goud-lithiumlegeringen die zich in hun vorige apparaat vormden, wat betekent dat deze nieuwe "mini-batterij"-cel een zeer lage capaciteit heeft en daarom snel en eenvoudig tussen toestanden kan worden geschakeld door minuscule stromen toe te passen. "Het potentieel voor een extreem laag energieverbruik is het meest opvallende voordeel van dit apparaat, " merkt prof. Hitosugi op.

Verhoogde snelheid, lager energieverbruik en kleiner formaat zijn allemaal wenselijke eigenschappen voor toekomstige geheugenapparaten. De geheugencel die door dit onderzoeksteam is ontwikkeld, is een veelbelovende opstap naar veel energiezuiniger en sneller computergebruik.