Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben een nieuw type nano-elektromechanisch relais bedacht om betrouwbare, hoge temperatuur, niet-vluchtig geheugen.

Het werk, die wordt gerapporteerd in Natuurcommunicatie , werd uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Southampton en het Royal Institute of Technology, Zweden.

De uitvinding is een belangrijke ontwikkeling voor volledig elektrische voertuigen en meer elektrische vliegtuigen die elektronica nodig hebben met geïntegreerde gegevensopslag die kan werken bij extreme temperaturen met een hoge energie-efficiëntie.

Naarmate de lekstroom van de transistor toeneemt met de temperatuur, nano-elektromechanische relais zijn naar voren gekomen als een veelbelovend alternatief voor transistors voor dergelijke toepassingen. Echter, tot nu, een betrouwbaar en schaalbaar niet-vluchtig relais dat zijn status behoudt wanneer het wordt uitgeschakeld, geheugen implementeren, niet is aangetoond.

Dr. Dinesh Pamunuwa, die een groep leidt die onderzoek doet op het gebied van micro-elektronica aan de Universiteit van Bristol en de hoofdonderzoeker is, legt uit:"Een deel van de uitdaging is de manier waarop elektromechanische relais werken; wanneer ze worden geactiveerd, een balk die aan één uiteinde is verankerd, beweegt onder een elektrostatische kracht. Terwijl de straal beweegt, de luchtspleet tussen de bedieningselektrode en de straal neemt snel af terwijl de capaciteit toeneemt. Bij een kritische spanning die de intrekspanning wordt genoemd, de elektrostatische kracht wordt veel groter dan de tegengestelde veerkracht en de balk klikt in. Deze inherente elektromechanische instabiliteit zorgt voor een nauwkeurige controle van de bewegende balk, essentieel voor niet-vluchtige werking, erg moeilijk.

Nutsvoorzieningen, Hoewel, Dr. Pamunuwa en het team hebben een roterend relais gedemonstreerd dat een constante luchtspleet handhaaft terwijl de straal beweegt, het elimineren van deze elektromechanische pull-in-instabiliteit.

Met behulp van dit relais, ze zijn erin geslaagd de eerste niet-vluchtige nano-elektromechanische relaiswerking op hoge temperatuur te demonstreren, bij 200 °C.

Dr. Pamunuwa zei:"Dit is echt een opwindende ontwikkeling omdat de noodzaak om technologie te ontwikkelen die onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen vermindert toeneemt. Deze relaisoperatie is een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van elektronica voor volledig elektrische voertuigen en energiezuinige meer elektrische voertuigen vliegtuigen, evenals voor het maken van intelligente energieknooppunten zonder stand-by voor het IoT.

"Elektronica die is opgebouwd uit nanorelais in plaats van transistors kan bij veel hogere temperaturen werken en heeft ook geen stand-byvermogen. Elk digitaal elektronisch systeem heeft logica en geheugen nodig, en dit relais maakt het gemakkelijker om op relais gebaseerd geheugen te bouwen dat de opgeslagen status behoudt wanneer het is uitgeschakeld, door middel van stictie. Door een constante luchtspleet te behouden, aangezien het relais schakelt, is een zeer nauwkeurige elektrostatische regeling mogelijk, en verbetert de betrouwbaarheid aanzienlijk."