Uno schema mostra la struttura a strati di ossido di tantalio, grafene multistrato e platino utilizzati per un nuovo tipo di memoria sviluppato alla Rice University. Il dispositivo di memoria risolve i problemi di diafonia che causano errori di lettura in altri dispositivi. Credito:Tour Group/Rice University
Gli scienziati della Rice University hanno creato una tecnologia di memoria a stato solido che consente l'archiviazione ad alta densità con un'incidenza minima di errori del computer.
Le memorie sono basate sull'ossido di tantalio, un isolante comune in elettronica. Applicando tensione a un sandwich di grafene dello spessore di 250 nanometri, tantalio, l'ossido di tantalio nanoporoso e il platino creano bit indirizzabili dove gli strati si incontrano. Le tensioni di controllo che spostano gli ioni di ossigeno e le vacanze commutano i bit tra uno e zero.
La scoperta da parte del laboratorio Rice del chimico James Tour potrebbe consentire memorie crossbar array che memorizzano fino a 162 gigabit, molto più alto di altri sistemi di memoria a base di ossido oggetto di studio da parte degli scienziati. (Otto bit equivalgono a un byte; un'unità da 162 gigabit memorizzerebbe circa 20 gigabyte di informazioni.)
I dettagli appaiono online nella rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .
Come la precedente scoperta da parte del Tour lab di memorie di ossido di silicio, i nuovi dispositivi richiedono solo due elettrodi per circuito, rendendoli più semplici delle attuali memorie flash che ne utilizzano tre. "Ma questo è un nuovo modo di fare ultradensi, memoria non volatile del computer, " Disse Giro.
Le memorie non volatili conservano i loro dati anche quando l'alimentazione è spenta, a differenza delle memorie volatili dei computer ad accesso casuale che perdono il loro contenuto quando la macchina viene spenta.
Una struttura a strati di ossido di tantalio, grafene multistrato e platino è la base per un nuovo tipo di memoria sviluppato alla Rice University. Il dispositivo di memoria visto in questa immagine al microscopio elettronico supera i problemi di diafonia che causano errori di lettura in altri dispositivi. Credito:Tour Group/Rice University
I moderni chip di memoria hanno molti requisiti:devono leggere e scrivere dati ad alta velocità e conservarne il più possibile. Devono anche essere durevoli e mostrare una buona conservazione di tali dati utilizzando una potenza minima.
Tour ha detto che il nuovo design di Rice, che richiede 100 volte meno energia rispetto ai dispositivi attuali, ha il potenziale per colpire tutti i segni.
"Questa memoria al tantalio è basata su sistemi a due terminali, quindi è tutto pronto per gli stack di memoria 3D, " disse. "E non ha nemmeno bisogno di diodi o selettori, rendendolo uno dei ricordi ultradensi più facili da costruire. Questo sarà un vero concorrente per le crescenti richieste di memoria nell'archiviazione video ad alta definizione e negli array di server".
La struttura a strati è costituita da tantalio, ossido di tantalio nanoporoso e grafene multistrato tra due elettrodi di platino. Nella realizzazione del materiale, i ricercatori hanno scoperto che l'ossido di tantalio perde gradualmente ioni di ossigeno, passando da un ricco di ossigeno, semiconduttore nanoporoso nella parte superiore a povero di ossigeno nella parte inferiore. Dove l'ossigeno scompare completamente, diventa puro tantalio, un metallo.
I ricercatori hanno determinato tre fattori correlati che conferiscono ai ricordi la loro capacità di commutazione unica.
Primo, la tensione di controllo media il modo in cui gli elettroni passano attraverso un confine che può capovolgersi da un contatto ohmico (la corrente scorre in entrambe le direzioni) a un contatto Schottky (la corrente scorre in un modo) e viceversa.
Secondo, la posizione del confine può cambiare in base alle disponibilità di ossigeno. Questi sono "buchi" negli schieramenti atomici dove dovrebbero esistere gli ioni di ossigeno, ma non farlo. Il movimento controllato dalla tensione delle vacanze di ossigeno sposta il confine dall'interfaccia tantalio/ossido di tantalio all'interfaccia tantalio ossido/grafene. "Lo scambio delle barriere di contatto provoca la commutazione bipolare, " disse Gunuk Wang, autore principale dello studio ed ex ricercatore post-dottorato alla Rice.
Terzo, il flusso di corrente preleva ioni ossigeno dai nanopori di ossido di tantalio e li stabilizza. Questi ioni caricati negativamente producono un campo elettrico che funge efficacemente da diodo per ostacolare la diafonia che causa errori. Mentre i ricercatori conoscevano già il potenziale valore dell'ossido di tantalio per i ricordi, tali array sono stati limitati a circa un kilobyte perché le memorie più dense soffrono di diafonia che consente la lettura errata dei bit.
Il grafene svolge il doppio compito di barriera che impedisce al platino di migrare nell'ossido di tantalio e causare un cortocircuito.
Tour ha detto che le memorie di ossido di tantalio possono essere fabbricate a temperatura ambiente. Ha notato che la tensione di controllo che scrive e riscrive i bit è regolabile, che consente un'ampia gamma di caratteristiche di commutazione.
Wang ha affermato che i restanti ostacoli alla commercializzazione includono la fabbricazione di un dispositivo a barra trasversale abbastanza denso per affrontare i singoli bit e un modo per controllare la dimensione dei nanopori.
