Испытана ультраэкономичная фазовая память

Устройство на базе нанотрубок, построенное учёными из университета Иллинойса, потребляет при перезаписи битов в сто раз меньшую мощность, чем предыдущие образцы так называемой фазовой памяти.

Память типа PRAM использует для хранения информации крошечные фрагменты материала, способного очень быстро менять своё фазовое состояние. Две фазы можно различать по сопротивлению, интерпретируя их как 0 и 1. Переключение же между ними может производиться импульсами тока с точно подобранными параметрами.

Три бита новой памяти в искусственных цветах на снимке с атомного силового микроскопа. Средний бит «выключен» (фото Eric Pop).

Первые серийные чипы, работающие на этом принципе, появились полтора года назад. Но разные компании и лаборатории продолжают искать оптимальные варианты таких устройств, поскольку они сулят серьёзное повышение быстродействия памяти и ряд других выгод.

Ныне физики и инженеры из университета Иллинойса сумели радикально снизить энергопотребление PRAM, сократив размер её ключевых элементов. Для подвода тока к материалу с изменением фазы учёные использовали не металлические проводники (как было в устройствах-предшественниках), а углеродные нанотрубки всего нескольких нанометров в диаметре.

Схема четырёх битов нового варианта памяти. Сердце каждого бита — 10-нанометровый фрагмент материала с изменением фазы, который расположен в разрыве углеродной нанотрубки, выступающей в роли подводящего импульс электрода (иллюстрация Eric Pop).

Построив более сотни таких элементов, авторы исследования измерили их параметры и выяснили: для управления битами требуется ток от 0,5 до 5 микроампер — примерно на два порядка меньше, чем раньше.

Более того, исследователи утверждают, что оптимизация конструкции позволит снизить и ток, и напряжение программирования (до уровня меньше вольта). Так что расход энергии на переключение одного бита в новой памяти может составлять меньше одного фемтоджоуля.

Создатели прибора: слева — руководитель группы Эрик Поп (Eric Pop), в центре в заднем ряду — Дэвид Эстрада (David Estrada), справа Альберт Ляо (Albert Liao), на переднем плане — Фэн Сюн (Feng Xiong) (фото L. Brian Stauffer).

Серьёзное сокращение энергопотребления чипов памяти в режиме записи и стирания благоприятно отразится на времени работы карманных устройств на одной зарядке, позволит поднять плотность упаковки информации (создавать многослойные схемы) без возникновения проблемы перегрева, улучшит параметры телекоммуникационных спутников и так далее.

Теперь экспериментаторы намерены масштабировать свои устройства, соединяя фазовые биты в большие массивы. (Детали работы можно найти в статье в Science Express и пресс-релизе университета.)