Superlubriciteit maakt wrijvingsloos glijden in elektronische apparaten, slechts twee atomen dik

Een technologische vooruitgang van de Universiteit van Tel Aviv heeft voor het eerst de toepassing van het wetenschappelijke fenomeen van superlubriciteit in elektronische componenten mogelijk gemaakt. Als gevolg hiervan heeft het onderzoeksteam met succes wrijvingsloos glijden gebruikt om de prestaties van geheugencomponenten in computers en andere elektronische apparaten aanzienlijk te verbeteren.

De studie werd geleid door Dr. Youngki Yeo, Mr. Yoav Sharaby, Dr. Nirmal Roy en de heer Noam Raab, alle leden van de kwantum gelaagde materie -groep onder leiding van professor Moshe Ben Shalom aan de Raymond & Beverly Sackler School of Physics & Physics & Physics & Astronomie, Universiteit van Tel Aviv. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuur.

Het onderzoeksteam legt uit dat wrijving een kracht is die voorkomt dat vrij glijden tussen oppervlakken. Aan de ene kant is het essentieel – het weerhoudt ons bijvoorbeeld om onder de douche te glijden – maar aan de andere kant veroorzaakt het slijtage en energieverlies. In het menselijk lichaam heeft evolutie geavanceerde smeermiddelen voor gewrichten ontwikkeld, maar zelfs zij degraderen na verloop van tijd (zoals onze knieën ons af en toe herinneren).

Deze kwestie is vooral van cruciaal belang in de computerwereld. Kleine geheugencomponenten werken met extreem hoge snelheden – meerdere cycli per seconde – en worden continu uitgevoerd in computers, kunstmatige intelligentie en geavanceerde medische systemen. Elke verbetering van de efficiëntie, duurzaamheid en energieverbruik vertaalt zich direct in belangrijke technologische vooruitgang.

De onderzoekers benadrukken dat de natuur een manier heeft gevonden om bijna wrijvingsloze oppervlakken te creëren, een fenomeen dat bekend staat als superlubriciteit. Om dit concept te begrijpen, stelt u zich voor dat u twee ei -dozen op elkaar plaatst: wanneer ze perfect zijn uitgelijnd, vergrendelen ze en weerstaan ​​ze beweging, maar wanneer ze enigszins zijn gedraaid, glijden ze vrij. Evenzo, wanneer atomaire lagen van bepaalde materialen enigszins verkeerd worden uitgelijnd, kunnen hun atomen niet worden gesynchroniseerd en verdwijnt de wrijving tussen hen bijna.

Ongeveer 20 jaar geleden ontdekten wetenschappers dat twee geroteerde lagen grafiet bijna onmetelijke wrijving vertonen-een doorbraak die de weg vrijmaakte voor onze ontwikkeling van geheugentechnologieën voor de volgende generatie op basis van superlubriciteit.

“In ons lab”, legt professor Moshe Ben Shalom uit, “we construeren gelaagde materialen waarbij zelfs de kleinste atoomverplaatsing ervoor zorgt dat elektronen tussen lagen bewegen. Het resultaat: een geheugenapparaat slechts twee atomen dik – de dunst mogelijke.”

In de huidige studie ontwikkelde het team een ​​nieuwe methode voor het exploiteren van wrijvingsloos glijden om de geheugenprestaties aanzienlijk te verbeteren.

Het experiment van Dr. Yeo omvatte het combineren van ultrathinatomaire lagen van boor en stikstof, gescheiden door een geperforeerde grafeenlaag. Binnen de gaten van de nano-formaat (slechts 100 atomen breed), verdwijnt de boor- en stikstoflagen zelfinformatie, maar tussen deze eilanden, dankzij de niet-gesynchroniseerde grafeenlaag, verdwijnt wrijving! Met dit fenomeen kunnen atomen binnen de uitgelijnde eilanden snel en efficiënt glijden, waardoor ongekende efficiënte gegevens lees-/schrijfbewerkingen mogelijk kunnen worden en aanzienlijk minder energie verbruikt.

Professor Ben Shalom benadrukt: “Onze metingen tonen aan dat de efficiëntie van deze nieuwe geheugentechnologie aanzienlijk hoger is dan bestaande technologieën, zonder slijtage.

Verder onthullen de nieuwe geheugenarrays een intrigerend effect: wanneer de kleine eilanden dicht bij elkaar liggen, beïnvloedt atomaire beweging in één eiland aangrenzende eilanden. Met andere woorden, het systeem kan zichzelf organiseren in gekoppelde geheugentoestanden, een fenomeen dat kan leiden tot baanbrekende vooruitgang in computing, waaronder kunstmatige intelligentie en neuromorfe architecturen (computing die de hersenfunctie nabootst). “

Het onderzoeksteam concludeert: “We ontwikkelen deze technologie via Slidetro Ltd, een bedrijf dat is opgericht over deze ontdekkingen, en in samenwerking met Ramot, het technologieoverdrachtbedrijf van Tel Aviv University. Wij zijn van mening dat deze innovatie in de nabije toekomst de ontwikkeling van de ontwikkeling van Ultrasnelle, betrouwbare en zeer duurzame geheugenarrays. “

Hun toekomstige onderzoek is bedoeld om nieuwe rekenmogelijkheden te onderzoeken door mechanische koppeling tussen geheugenbits, een interactie die voorheen onmogelijk was. Misschien zal superlubriciteit de volgende revolutie in computergebruiking stimuleren.