نوع جدیدی از یک تراشه حافظه میتواند مشکل داغی بیش از حد و خشکی باتری وسایل برقی را حل کند.
به گزارش سیناپرس، اگر تا به حال احساس کردهاید که گوشی هوشمندی که در دست دارید، خیلی زود داغ میشود یا شارژ باطری آن زود به زود تمام میشود، با ما تا آخر این خبر همراه باشید. دلیل اصلی چنین مشکلاتی، جریانهای الکتریکی و حافظهای برقرار شده در دستگاه هاست که موقع کار با آنها، انرژی مصرف کرده و گرما آزاد میکنند.
یکی از اساسیترین مشکلاتی که وسایل برقی با آن روبرو هستند، از بین رفتن زودهنگام باتری آنهاست که کارآیی آنها را دچار مشکل میکند. اما محققان یک راه حل تازه برایش ابداع کردهاند. آنها راهی ارائه دادهاند که با کوچک کردن اجزا تا مقیاس بسیار بزرگ و طراحی دوباره ساختار آنها، میتواند به کاهش اتلاف انرژی به جای افزایش آن کمک کنند.
ماحصل این طرح جدید، ساخت یک حافظه تراشهای کوچک است که با کوچکتر شدن، بهبود مییابد. این کشف میتواند عملکرد تلفنهای هوشمند، فناوریهای پوشیدنی و سیستمهای هوش مصنوعی کارآمد آسانتر کند.
در ابتداییترین سطح، حافظه کامپیوتر با کنترل میزان عبور الکتریسیته از یک ماده، اطلاعات را به صورت صفر و یک ذخیره میکند. اگر دانشمندان بتوانند حافظهای طراحی کنند که به جریان الکتریسیته بسیار کمتری نیاز داشته باشد، میتوانند امکانی را فراهم کنند که نیاز تلفنها، کامپیوترها و سایر لوازم الکترونیکی را به انرژی به طور قابل توجهی کاهش دهند.
حافظههای کم مصرف در راه اند
یکی از ایدههایی که برای حل این مشکل ارائه شد، به سال 1971 برمی گردد که محققان، اتصال تونلی فروالکتریک (FTJ) را پیشنهاد دادند. به گزارش سیناپرس، این حافظه وابسته به فروالکتریسیته بود؛ خاصیتی که قطبش الکتریکی داخلی یک ماده در آن دچار دگرگونی میشود. با تغییر این قطبش، جریان الکتریکی در آن ماده با سهولت بیشتری انجام میشود و به دستگاه امکان ذخیره دادهها را میدهد.
به گزارش sciencedaily ، مواد سنتی که در این نوع حافظه استفاده میشد، با کوچکتر شدن دستگاهها دچار مشکل شد و دیگر کاربردی نبود. عملکرد بیشتر آنها با کوچکتر شدن اجزا دچار نقص شد و این امر، دامنه پیشرفت این فناوری را محدود میکرد.
ایجاد حافظه کوچک با اکسید هافنیوم
یکی از مهمترین یشرفتها در این زمینه در سال 2011 انجام شد که طی آن، دانشمندان دریافتند که اکسید هافنیوم، به عنوان مادهای پرکاربرد، میتواند قطبش الکتریکی خود را حتی در ضخامت بسیار کم هم حفظ کند. آنها براین اساس، تصمیم گرفتند یک دستگاه حافظه بسیار کوچک با قطر 25 نانومتر را که تقریبا یک سه هزارم ضخامت موی انسان است، توسعه دهند.
حل مسئله نشت در مقیاس نانو
کوچک کردن حافظه تا این مقیاس، چالش بزرگی را ایجاد میکند. جریان الکتریکی تمایل دارد از مرزهای بین کریستالهای کوچک در ماده نشت کند که مدت هاست مانع کوچکسازی بیشتر شده است. به گزارش سیناپرس،
محققان به جای این که برای جلوگیری از بروز این مشکل تلاش کنند، رویکرد متفاوتی را در پیش گرفتند به طوری که حتی دستگاه را کوچکتر کردند که این امر تأثیر مرزهای کریستالی را کاهش داد.
دانشمندان همین طور با گرم کردن الکترودها، روش ساخت جدیدی را ابداع کردند تا شکل نیم دایرهای را ایجاد کنند. این طرح، ساختاری شبیه به یک تک بلور ایجاد میکرد؛ به این معنی که مرزهای کمتری احتمال بروز نشتی پیدا میکردند. با ترکیب این شیوه طراحی جدید و کوچکسازی حافظه، محققان به عملکرد بالایی در دستگاه خود دست یافت که فرض دیرینهای را که در الکترونیک وجودداشت، دگرگون کرد.
دستگاههای آینده مجهز به حافظههای جدید
اگر این فناوری به دنیای واقعی وارد شود، میتواند اثرات گستردهای داشته باشد. به عنوان مثال، دستگاههایی مانند ساعتهای هوشمند میتوانند ماهها با یک بار شارژ کار کنند و شبکههای حسگرهای متصل ممکن است بدون نیاز به تعویض مکرر باتری، کار کنند.
به گزارش سیناپرس، این حافظه در هوش مصنوعی میتواند از پردازش سریعتر با مصرف انرژی بسیار کمتر پشتیبانی کند. از آنجا که اکسید هافنیوم در حال حاضر با تولید نیمه رساناهای موجود سازگار است، ادغام این حافظه جدید در سیستمها و دستگاههای برقی و الکترونیکی روزمره عملکرد سریع آنها را به دنبال دارد.
مترجم: ندا اظهری