Een door Stanford geleid team heeft een manier bedacht om gegevens op te slaan door atomair dunne lagen metaal over elkaar te schuiven. een aanpak die meer gegevens in minder ruimte zou kunnen stoppen dan siliciumchips, terwijl je ook minder energie verbruikt.

Het onderzoek, onder leiding van Aaron Lindenberg, universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering aan Stanford en aan het SLAC National Accelerator Laboratory, zou een belangrijke upgrade zijn van het type niet-vluchtige geheugenopslag dat de huidige computers bereiken met op silicium gebaseerde technologieën zoals flash-chips.

UC Berkeley werktuigbouwkundig ingenieur Xiang Zhang, Texas A&M materiaalwetenschapper Xiaofeng Qian, en Stanford/SLAC Professor of Materials Science and Engineering Thomas Devereaux hielpen ook bij het leiden van de experimenten, die worden beschreven in het tijdschrift Natuurfysica . De doorbraak is gebaseerd op een nieuw ontdekte klasse van metalen die ongelooflijk dunne lagen vormen, in dit geval slechts drie atomen dik. De onderzoekers stapelden deze lagen op elkaar, gemaakt van een metaal dat bekend staat als wolfraam ditelluride, als een kaartspel op nanoschaal. Door een klein beetje elektriciteit in de stapel te injecteren, zorgden ze ervoor dat elke oneven laag een heel klein beetje verschoof ten opzichte van de even genummerde lagen erboven en eronder. De afwijking was permanent, of niet-vluchtig, totdat een nieuwe elektrische schok ervoor zorgde dat de oneven en even lagen opnieuw uitgelijnd werden.

"De rangschikking van de lagen wordt een methode voor het coderen van informatie, "Linenberg zegt, het creëren van de aan-uit, 1s-en-0's die binaire gegevens opslaan.

Om de digitale gegevens te lezen die zijn opgeslagen tussen deze verschuivende lagen van atomen, de onderzoekers exploiteren een kwantumeigenschap die bekend staat als Berry-kromming, dat werkt als een magnetisch veld om de elektronen in het materiaal te manipuleren om de rangschikking van de lagen te lezen zonder de stapel te verstoren.

juni Xiao, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Lindenberg en eerste auteur van het artikel, zei dat het heel weinig energie kost om de lagen heen en weer te schuiven. Dit betekent dat het veel minder energie zou moeten kosten om een ​​nul of een naar het nieuwe apparaat te "schrijven" dan nodig is voor de huidige niet-vluchtige geheugentechnologieën. Verder, gebaseerd op onderzoek dat dezelfde groep publiceerde in Natuur vorig jaar, het glijden van de atomaire lagen kan zo snel plaatsvinden dat gegevensopslag meer dan honderd keer sneller kan worden bereikt dan met de huidige technologieën.

Het ontwerp van het prototype-apparaat was gedeeltelijk gebaseerd op theoretische berekeningen die werden bijgedragen door co-auteurs Xiaofeng Qian, een assistent-professor aan de Texas A&M University, en Hua Wang een afgestudeerde student in zijn lab. Nadat de onderzoekers experimentele resultaten hadden waargenomen die consistent waren met de theoretische voorspellingen, ze hebben verdere berekeningen gemaakt die hen doen geloven dat verdere verfijningen van hun ontwerp de opslagcapaciteit van deze nieuwe aanpak aanzienlijk zullen verbeteren, de weg vrijmaken voor een verschuiving naar een nieuwe, en een veel krachtigere klasse van niet-vluchtig geheugen met behulp van ultradunne 2D-materialen.

Het team heeft hun technologie gepatenteerd terwijl ze hun geheugenprototype en -ontwerp verder verfijnen. Ze zijn ook van plan op zoek te gaan naar andere 2D-materialen die nog beter zouden kunnen werken als gegevensopslagmedia dan wolfraamditelluride.

"De wetenschappelijke bottom line hier, "Lindenberg voegt eraan toe, "is dat heel kleine aanpassingen aan deze ultradunne lagen een grote invloed hebben op de functionele eigenschappen ervan. Die kennis kunnen we gebruiken om nieuwe en energiezuinige apparaten te engineeren richting een duurzame en slimme toekomst."