一个国际科学家团队在一种叫做硒化铟的半导体中发现了一种令人惊讶的效果 (In2Se3)。在电流的影响下,材料从晶体形式变为非晶态,消耗的能量比传统的具有相变的记忆脉冲记录(半导体或 DVD 等可擦写光盘)的情况少一百万倍。这一发现有望创造出极其高效的计算机内存。
艺术家眼中硒化铟非晶化的雪崩状过程。图片来源: Akanksha Jain
相变存储器,无论是半导体还是光盘形式,在写入和擦除时仍然非常耗电,尽管它可以在不消耗电力的情况下存储数据。写入和擦除以脉冲形式发生,实际上会熔化细胞或磁盘层中的材料——局部区域的加热可以达到 800 °C。熔体的快速冷却不允许它恢复其晶体结构。非晶态导致高电流电阻,而结晶态导致低电流电阻,这决定了电池 0 或 1 的状态。使用光驱,一切都不同,但原理是相同的。
在宾夕法尼亚大学 (UPenn) 用硒化铟制成的金属丝进行实验,科学家们发现这种材料在没有动量影响的情况下完全变为无定形状态。一小股电流通过电线,并在某一时刻停止通过。分析表明,该材料获得了无定形结构。麻省理工学院 (MIT) 的科学家加入了对该问题的研究,并将样本送往印度科学研究所 (IISc) 进行分析。
在 IISc,科学家们开发了一种方法,可以在纳米尺度和更大尺度上逐步观察硒化铟的非晶化过程。事实证明,硒化铟的两种特性开始发挥作用——压电和铁电。小电流在材料中产生一个非晶化域,晶格中产生的应力会在邻近区域引发类似地震效应的东西,这个过程获得了类似雪崩的特征。只有当所有材料都变为无定形时,该过程才会停止。
这一发现可能会导致创造出极其节能的相变存储器 ()。据科学家称,将硒化铟制成的存储单元非晶化需要现代 PCM 内存典型消耗量的百万分之一,这将改变所有存储和计算系统。