Kompjuterska memorija bi jednog dana mogla da izdrži visoke temperature u fuzionim reaktorima, mlaznim motorima, geotermalnim bunarima i uzavrelim planetama pomoću novog čvrstog memorijskog uređaja koji je razvio tim inženjera na čelu sa Univerzitetom u Mičigenu.
Za razliku od konvencionalne memorije zasnovane na silicijumu, novi uređaj može da skladišti i prepisuje informacije na temperaturama preko 600°C — toplijim od površine Venere i temperature topljenja olova. Razvijen je u saradnji sa istraživačima u Nacionalnoj laboratoriji Sandia.
„To bi moglo da omogući elektronske uređaje koji ranije nisu postojali za aplikacije na visokim temperaturama“, rekao je Jiang Li, docent nauke o materijalima i inženjeringu i viši autor studije objavljene danas u časopisu Uređaj.
„Do sada smo napravili uređaj koji drži jedan bit, uporedo sa drugim demonstracijama računarske memorije na visokim temperaturama“, rekao je Li. „Sa više razvoja i ulaganja, u teoriji bi mogao da sadrži megabajte ili gigabajte podataka.
Međutim, postoji kompromis za uređaje koji nisu na ekstremnim temperaturama puno radno vreme: nove informacije se mogu upisati na uređaj samo iznad 500°F (250°C). Ipak, istraživači sugerišu da bi grejač mogao da reši problem za uređaje koji takođe moraju da rade na nižim temperaturama.
Memorija otporna na toplotu potiče od pomeranja negativno naelektrisanih atoma kiseonika, a ne elektrona. Kada se zagreju iznad 300°F (150°C), konvencionalni poluprovodnici na bazi silicijuma počinju da provode nekontrolisane nivoe struje. Pošto je elektronika precizno proizvedena za određene nivoe struje, visoke temperature mogu izbrisati informacije iz memorije uređaja. Ali jone kiseonika unutar uređaja istraživača ne ometa toplota.
Oni se kreću između dva sloja u memoriji – poluprovodničkog tantal oksida i metalnog tantala – kroz čvrsti elektrolit koji deluje kao barijera tako što sprečava kretanje drugih naelektrisanja između slojeva. Joni kiseonika su vođeni nizom od tri platinske elektrode koje kontrolišu da li se kiseonik uvlači u tantal oksid ili istiskuje iz njega. Ceo proces je sličan načinu na koji se baterija puni i prazni; međutim, umesto skladištenja energije, ovaj elektrohemijski proces se koristi za skladištenje informacija.
Jednom kada atomi kiseonika napuste sloj tantal oksida, ostaje mali deo metalnog tantala. U isto vreme, sloj tantal oksida na sličan način pokriva sloj metala tantala na suprotnoj strani barijere. Slojevi tantala i tantal oksida se ne mešaju, slično kao ulje i voda, tako da se ovi novi slojevi neće vratiti u prvobitno stanje dok se napon ne promeni.
U zavisnosti od sadržaja kiseonika u tantal oksidu, on može delovati ili kao izolator ili kao provodnik – omogućavajući materijalu da prelazi između dva različita stanja napona koja predstavljaju digitalne 0s i 1s. Finija kontrola gradijenta kiseonika bi mogla da omogući računanje unutar memorije, sa više od 100 stanja otpornosti umesto jednostavnog binarnog. Ovaj pristup bi mogao pomoći u smanjenju potražnje za električnom energijom.
„Postoji veliko interesovanje za korišćenje veštačke inteligencije za poboljšanje nadgledanja u ovim ekstremnim postavkama, ali oni zahtevaju moćne procesorske čipove koji rade na puno energije, a mnoga od ovih ekstremnih podešavanja takođe imaju stroge budžete za napajanje“, rekao je Alek Talin, viši naučnik na Odeljenju za hemiju, sagorevanje i nauku o materijalima u Sandia National Laboratories i koautor studije.
„Računarski čipovi u memoriji mogli bi da pomognu u procesuiranju nekih od tih podataka pre nego što stignu do AI čipova i da smanje ukupnu potrošnju energije uređaja“, rekao je Talin.
Stanja informacija mogu se čuvati iznad 1100°F duže od 24 sata. Iako je taj nivo tolerancije na toplotu uporediv sa drugim materijalima koji su razvijeni za ponovno upisivanje, visokotemperaturnu memoriju, novi uređaj ima i druge prednosti. Može da radi na nižim naponima od nekih od vodećih alternativa — naime, feroelektrična memorija i polikristalne platinske elektrode nanogapsi — i može da obezbedi više analognih stanja za računarstvo u memoriji.
