Учёные нашли ключ к увеличению объёма памяти чипов в сотни раз

Китайские учёные обнаружили ультратонкие «линейные» границы внутри трёхмерных кристаллов, которые в перспективе позволят чипу размером с почтовую марку хранить 10 000 фильмов в высоком разрешении.

Исследование, опубликованное в журнале Science в пятницу, 23 января, предполагает, что эти структуры — размером в одну стотысячную диаметра человеческого волоса — могут привести к созданию чипов для искусственного интеллекта, в сотни раз более мощных и энергоэффективных, чем современные.

Чтобы понять открытие, представьте внутреннюю часть сегнетоэлектрического кристалла — распространённого материала в электронике — как трёхмерную сетку, похожую на кубик Рубика. В таких материалах данные хранятся в разных секциях или «блоках».

В течение многих лет учёные полагали, что границы, разделяющие эти блоки, являются плоскими двумерными интерфейсами, подобными листам бумаги. Однако исследователи из Института физики Китайской академии наук обнаружили, что в определённых слоистых кристаллах эти «листы» фактически сжимаются в одномерные линии. Ширина этих линий примерно равна размеру одного атома.

Это открытие бросает вызов прежним физическим теориям. В норме такие заряженные линии были бы нестабильны и быстро исчезали бы под действием электрических сил.

Команда обнаружила, что крошечные дефекты в кристалле — а именно отсутствующие или лишние атомы кислорода — действуют как своего рода атомный «клей». Эти дефекты удерживают заряженные линии на месте, делая их достаточно стабильными для записи и хранения информации.

Современные технологии хранения данных, такие как твердотельные накопители в ноутбуках, записывают информацию в областях размером в десятки нанометров. Вновь обнаруженные «линейные» стенки в сотни раз меньше.

«В теории, замена современных ячеек хранения на эти атомарные структуры может радикально увеличить объём информации, помещающейся в крошечное пространство», — сказал Чжун Хай, первый автор исследования и доцент Яньтайского университета в провинции Шаньдун.

Исследователи оценивают, что эта технология позволит упаковать 20 терабайт данных на один квадратный сантиметр. Это представляет собой плотность хранения примерно в 600 раз выше, чем современные возможности.

Хотя исследователям удалось создавать, перемещать и стирать эти линии с помощью продвинутых электронных микроскопов и локальных электрических полей, технология ещё не готова для выхода на рынок электроники.

Чжун подчеркнул, что работа носит фундаментальный исследовательский характер. Остаются значительные препятствия, такие как проектирование микроскопических электродов, способных управлять этими полями в повседневных устройствах.

«Это исследование открывает новый путь в материаловедении, переопределяя то, насколько маленькими и гибкими могут быть структуры, несущие информацию внутри твёрдых тел», — сказал Чжун.