В лаборатории Тель-Авивского университета учёные совершили прорыв в области электронных компонентов, применив явление сверхскольжения для улучшения работы компьютерной памяти.
В вычислительной технике трения является серьёзной проблемой. Крошечные компоненты памяти работают на высоких скоростях и нуждаются в повышении эффективности, долговечности и снижении энергопотребления.
Природа нашла способ создавать практически безфрикционные поверхности – явление, известное как сверхскольжение. Когда атомные слои определённых материалов слегка рассогласованы, их атомы не синхронизируются, и трение между ними практически исчезает.
Около 20 лет назад учёные обнаружили, что два повёрнутых слоя графита демонстрируют почти неизмеримое трение. Это открытие проложило путь к разработке технологий памяти нового поколения на основе сверхскольжения.
«В нашей лаборатории, – поясняет руководитель исследования профессор Моше Бен-Шалом, – мы создаём слоистые материалы, где даже мельчайшее смещение атомов вызывает движение электронов между слоями. Результат – устройство памяти толщиной всего в два атома, самое тонкое из возможных».
В текущем исследовании команда разработала новый метод использования безфрикционного скольжения для значительного улучшения производительности памяти. Эксперимент включал комбинирование сверхтонких атомных слоёв бора и азота, разделённых перфорированным слоем графена. В наноразмерных отверстиях (шириной всего 100 атомов) слои бора и азота самовыравниваются, но между этими «островками», благодаря несинхронизированному слою графена, трение исчезает. Это явление позволяет атомам внутри выровненных островков скользить быстро и эффективно, обеспечивая эффективные операции чтения и записи данных при значительно меньшем энергопотреблении.
«Наши измерения показывают, что эффективность этой новой технологии памяти значительно выше существующих технологий, при нулевом износе», – подчёркивает профессор Бен-Шалом.
Кроме того, новые массивы памяти демонстрируют интересный эффект: когда островки находятся близко друг к другу, атомное движение в одном островке влияет на соседние. Другими словами, система может самоорганизовываться в связанные состояния памяти – явление, которое может привести к прорывным достижениям в вычислениях, включая искусственный интеллект и нейроморфные архитектуры.
Исследовательская группа развивает эту технологию через компанию SlideTro LTD, основанную на этих открытиях, в сотрудничестве с Ramot – компанией по передаче технологий Тель-Авивского университета. Учёные уверены, что в ближайшем будущем эта инновация позволит разработать сверхбыстрые, надёжные и высокодолговечные массивы памяти.
Дальнейшие исследования команды направлены на изучение новых вычислительных возможностей через механическое сопряжение между битами памяти – взаимодействие, которое ранее было невозможно.