Bilgileri Işıkla Saklamak

10 Aralık 2021

Yeni foto-ferroelektrik malzemeler, ışık uyarıcısı kullanılarak bilgilerin uçucu olmayan bir şekilde depolanmasına izin verir. Buradaki fikir, mevcut zorluklarla yüzleşmek için yüksek performansa ve çok yönlülüğe sahip enerji açısından verimli bellek cihazları oluşturmaktır. Çalışma, Josep Fontcuberta ve meslektaşları tarafından Nature Communications’da yayınlandı ve bu fenomen ve nöromorfik hesaplama uygulamaları hakkında daha fazla araştırmaya giden yolu açıyor.

Bir malzemenin özelliklerini sadece üzerine ışık tutarak kontrol etmeyi hayal edebiliyor musunuz? Güneşe maruz kaldığında malzemelerin sıcaklığının arttığını görmeye alışkınız. Ancak ışığın daha ince etkileri de olabilir. Aslında, ışık fotonları, başka türlü yalıtım malzemelerinde ücretsiz yük taşıyıcı çiftleri oluşturabilir. Güneşten elektrik enerjisi toplamak için kullandığımız fotovoltaik panellerin temel prensibi budur .

Yeni bir dokunuşla, bellek cihazlarında ışık kaynaklı bir malzeme özellikleri değişikliği kullanılabilir, bu da bilgilerin daha verimli depolanmasına ve daha hızlı erişim ve hesaplamaya izin verir. Aslında bu, toplumumuzun mevcut zorluklarından biridir: aynı zamanda enerji tasarruflu, ticari olarak temin edilebilen yüksek performanslı elektronik cihazlar geliştirebilmek . Daha düşük enerji tüketimine, yüksek performansa ve çok yönlülüğe sahip daha küçük elektronik cihazlar hedeftir.

Uçucu olmayan bellek depolama

Şimdi, ICMAB’daki Çok Fonksiyonlu İnce Filmler ve Karmaşık Yapılar (MULFOX) grubundan araştırmacılar, nanoteknolojilerden ve kuantum efektlerinden yararlanan cihazlara entegre edilmiş ışığa duyarlı ferroelektrik malzemeleri incelediler. Bellek öğeleri, uçucu olmayan bilgileri farklı direnç durumlarında (AÇIK / KAPALI) depolamak için tasarlanmıştır. Uygun şekilde tasarlandıklarında, elektrik direncinin darbeli ışıkla modüle edilebildiği keşfedilmiştir. Bu, sadece ışık darbeleri uygulayarak düşük dirençli bir durumdan yüksek dirençli duruma geçebilecekleri anlamına gelir.

Çalışmanın ortak yazarı olan ICMAB araştırmacısı Ignasi Fina, ” Aydınlatma altında direnç değişiklikleri gösteren malzemeler çoktur, ancak etki tipik olarak uçucudur ve malzeme belirli bir bekleme süresinden sonra ilk durumuna geri döner,” diyor. “Hesaplamada ve veri depolamada kullanılacak cihazlar için, elektrik direncinin uçucu olmayan optik kontrolü potansiyel ilgi konusudur” ve ekliyor “uçucu olmayan için, bilginin cihazda tutulup saklanabileceğini, hatta güç kapalı.

İkisi bir arada: foto-ferroelektrik malzemeler

Şu anda uçucu olmayan veri depolama için optik sinyalleri kullanmak için iki farklı cihaz gereklidir: bir optoelektronik sensör ve bir hafıza cihazı. ICMAB çalışması, bu özellikleri darbeli ışıkla direncini modüle edebilen tek bir malzemede bir araya getiriyor: bir foto-ferroelektrik malzeme.

Ferroelektrik malzemeler, elektriksel olarak değiştirilebilir, uçucu olmayan, uçucu olmayan elektrik polarizasyonuna sahiptir. Uygun metaller arasına sıkıştırılmış bu tür malzemelerin ferroelektrik ultra ince filmlerinde, tünelleme akımı adı verilen kuantum mekaniksel bir fenomen etkisi görülür. Bu etki, polarizasyon yönüne bağlı bir miktarda, gerçekten yalıtkan olan ferroelektrik katman boyunca bir şarj akımı akışına izin verir.

Söz konusu cihazlarda, önce bir elektrik alanı bir kez AÇIK / KAPALI durumlarını yazmak için kullanılır ve durumların AÇIK / KAPALI değişimini teşvik etmek ve direnci tersine çevirmek için (yüksekten düşüğe, ve tersi).

Enerji tasarruflu cihazlar ve uygulamalar

Bu cihazlar enerji açısından iki ana nedenden ötürü verimlidir: Birincisi, herhangi bir şarj akımı akışına ihtiyaç duymadığı için hafıza durumu yazıldığında enerji tüketimi azalır. İkinci olarak, bilgi uçucu olmayan bir şekilde depolandıkça, durum korunur ve örneğin tüm bilgisayarların mevcut RAM belleklerinde sürekli olarak yapıldığı gibi bilgilerin yenilenmesine (yeniden yazma) gerek yoktur.

Gözlemlenen optik anahtar, incelenen malzemelerle sınırlı değildir ve bu nedenle bu fenomen üzerinde daha ileri araştırmalara giden yolu açar.

Ignasi Fina, gelecekteki uygulamalar için şunları öngörüyor: “İncelenen cihazlar ışık sensörü ve hafıza fonksiyonlarını birleştiriyor. Ek olarak, çalışmada gösterildiği gibi, cihaz bir memristor gibi davranıyor. Bir memristor, buna göre birden fazla direnç durumunu gösterebilen bir cihazdır. aldığı uyarıcıya ve nöromorfik bilgi işlem sistemlerinin geliştirilmesi için temel cihazlardan biridir.Bu nedenle, geliştirilen cihaz, sistemin görüntüleri tanımayı öğrendiği nöromorfik görme sistemlerine entegrasyonu ile ilgili olarak keşfedilecek bir yol açar. . ”

Çalışma Nature Communications’da yayınlandı

Çevri: Sinan YAVUZ