Atom-dunne kristallen bieden een nieuwe manier om de toekomst van het computergeheugen van stroom te voorzien

Stel je de smartphone voor in je zak, de datacenters die kunstmatige intelligentie aandrijven of de draagbare gezondheidsmonitors die je hartslag volgen. Ze vertrouwen allemaal op energie-hongerige geheugenchips om informatie op te slaan en te verwerken. Naarmate de vraag naar rekenbronnen blijft stijgen, doet dat ook de behoefte aan geheugenapparaten die kleiner, sneller en veel efficiënter zijn.

Een nieuwe studie van Auburn -fysici heeft een belangrijke stap gezet om deze uitdaging aan te gaan.

De studie, “Elektrode-ondersteunde schakelaar in memristors op basis van single-kristal overgangsmetaal dichalcogeniden”, ” gepubliceerd in ACS -toegepaste materialen en interfaceslaat zien hoe memristors-ultra-dunne geheugenapparaten die zich “voorbij elektrische signalen” herinneren-hun toestand “herinneren” met behulp van elektroden en subtiele atoomveranderingen in het materiaal.

In het hart van het werk zijn overgangsmetaal dichalcogeniden (TMD’s), kristallen die kunnen worden gepeld naar een paar atom-dikke films. Deze materialen kunnen zich gedragen als halfgeleiders, het blokkeren van stroom of als metalen, het vrij maken.

Het Auburn -team heeft aangetoond dat het bevestigen van verschillende metaalelektroden de balans tussen deze twee staten kan tippen, waardoor ingenieurs een krachtige nieuwe manier krijgen om apparaatprestaties af te stemmen.

“Dit is fundamentele wetenschap met zeer praktische implicaties”, zegt Dr. Marcelo Kuroda, universitair hoofddocent natuurkunde aan de Auburn University en senior auteur van de studie.

“Door de juiste elektrode te kiezen, kunnen we deze apparaten betrouwbaarder en bij lager vermogen schakelen. Dat is precies wat we nodig hebben voor de volgende generatie elektronica.

Van kunstmatige intelligentie tot gezondheidszorg

De ontdekking heeft brede toepassingen. Omdat memristors de manier waarop neuronen hun verbindingen versterkt en verzwakken, nabootsen, zijn ze een natuurlijke pasvorm voor neuromorf computergebruik – voorhardware die is ontworpen om te denken en te leren zoals het menselijk brein. Dergelijke systemen kunnen kunstmatige intelligentie uitvoeren bij een fractie van de energiekosten van vandaag.

Maar de belofte stopt daar niet. Omdat TMD’s slechts enkele atomen dik kunnen worden gemaakt, zijn ze ook kandidaten voor flexibele en draagbare elektronica. Stel je voor dat medische implantaten jarenlang meegaan op een enkele batterij, of slimme kleding geweven met sensoren die zich in realtime aanpassen aan je lichaam.

“Naarmate onze wereld meer verbonden wordt, van AI -servers tot draagbare apparaten, wordt de energievoetafdruk van computergebruik een wereldwijde uitdaging”, legt Dr. Kuroda uit. “Ons werk wijst op een pad waar we elektronica kunnen bouwen die zowel krachtig als duurzaam zijn.”

De atoomcode kraken

Om deze conclusies te trekken, gebruikten de onderzoekers berekeningen van de eerste principes om de fysieke eigenschappen van deze TMD’s onder verschillende omstandigheden te karakteriseren. Ze ontdekten dat de synergie tussen elektroden, waardoor de energiebarrière wordt verlaagd die het materiaal in één toestand “vasthoudt” en kleine atomaire vacatures – die atomen in het kristalrooster vermoorden – een rol spelen bij het verlichten van de overgang tussen isolerende en metalen fasen.

De resultaten komen overeen met experimentele waarnemingen, wat bevestigt dat dit schakelen niet alleen een theoretische nieuwsgierigheid is, maar een echt mechanisme dat ingenieurs kunnen exploiteren bij het produceren van apparaten.

De Auburn -studie biedt een blauwdruk voor het ontwerpen van meer betrouwbare memristors, die op een dag het geheugen binnen computers, smartphones en talloze andere apparaten kunnen vervangen of aanvullen.

“In plaats van te vechten tegen de onvolkomenheden van deze materialen, leren we hoe ze ze te gebruiken”, zegt Dr. Kuroda. “Dat is het opwindende deel – wat een keer leek alsof een fout misschien wel de sleutel is tot het bouwen van de volgende generatie technologie.”