Память на основе фазового перехода, возможно, появится в ноутбуках и сотовых телефонах
 Ячейки с фазовым переходом на основе углеродных нанотрубок. Верхняя и нижняя ячейки находятся в состоянии "включено", а средняя - "выключена". (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Ячейки памяти на основе фазового перехода в определенном материале представляют собой те самые активные элементы в перезаписываемых DVD-дисках. Обычно они производятся из халькогенидов (бинарных химических соединений элементов шестой группы периодической таблицы Менделеева с металлами), например, на основе сплава антимонида и теллурида германия Ge-Sb-Te, сокращенно, GST. При помощи нагревающих импульсов напряжения, материал «переключается» из аморфного («выключенного») состояния в кристаллическое («включенное»). При этом аморфное состояние имеет чрезвычайно высокое сопротивление, а кристаллическое, наоборот, низкое.
Оба состояния являются стабильными, если «выключена» подача энергии извне (внешнее «нагревающее» напряжение), т.е. подобные материалы можно назвать идеальными для энергонезависимых устройств хранения данных, например, флэш-памяти или жестких дисков. Что самое интересное, фазовый переход может осуществляться всего за несколько наносекунд, а это намного быстрее, чем, например, переключение битов в твердотельной флэш-памяти. Главным препятствием в развитии подобных устройств является достаточно большая энергия, необходимая для переключения между аморфным и кристаллическим состояниями.
Для решения этой проблемы группа ученых из University of Illinois Urbana-Champaign (США) использовала углеродные нанотрубки для создания отдельных ячеек с фазовыми переходами нанометрового масштаба. Они формировали небольшие разрывы в нанотрубках при помощи метода, получившего название электронного прорыва. Эта простая техника позволяет создавать разрывы размерами от 20 до 300 нм в центре нанотрубки. Далее образовавшийся разрыв заполнялся халькогенидом.
Изначально устройство находилось в «выключенном» состоянии, т.к. GST-биты были аморфны, т.е. имели высокое сопротивление (порядка 50 МОм). Когда через нанотрубку подается напряжение (нанотрубка в данном случае функционирует как «контакт»), в промежутке возникает электрическое поле, которое «переключает» ячейку в кристаллическую фазу. Сопротивление этой фазы почти в 100 раз меньше – порядка 0,5 МОм.
«Переключению» подвергается чрезвычайно малый фрагмент материала, размещенного в промежутке. Т.е. для этого требуется достаточно малая энергия, т.к. не происходит никакого энергетического рассеяния на крупных металлических проводах и в прочих деталях «записывающей головки». Подробное описание достижений было опубликовано в журнале Sciencexpress.
По мнению исследователей, достигнутый результат очень важен, т.к. материалы, позволяющие построить ячейки памяти на основе фазового перехода, являются наиболее перспективными с точки зрения замены флэш-памяти в ноутбуках, сотовых телефонах и многих других портативных электронных устройствах. Стократное снижение требуемой энергии может продлить срок службы батарей и открыть массу новых применений для данной технологии.
Также по теме:
Источники: