Forskning från Pierre Lucas kan leda till datorminnen som fungerar mer som mänskliga minnen.

Tänk om mikrochips och omskrivbara CD -skivor skulle kunna rymma hundra gånger mer data.

Sättet som digital data lagras på börjar med det material det lagras på, som, på omskrivbara CD -skivor och många mikrochips, är något som kallas fasförändringsmaterial, eller PCM.

Pierre Lucas, en UA -professor vid Institutionen för materialvetenskap och teknik och College of Optical Sciences, använder ett bidrag på drygt $ 560, 000 från National Science Foundation för att förbättra dessa material, öppna dörren för minnen med hög densitet och enheter som efterliknar sofistikeringen av den mänskliga hjärnan.

CD Science

Har du någonsin märkt hur, när du bränner en CD, blir den reflekterande delen av CD:n nära mitten mörkare? Det reflekterande materialet är ett fasförändringsmaterial som byter från kristall, även känd som en "1" i digitala termer, till glas, eller ett "0" i digitala termer. Mikrochipminnen är gjorda av samma material.

"Allt du skriver, spela in eller spara på din dator kodas ständigt i 0s och 1s, "Sa Lucas." Så, när du sparar något, du skriver i princip en massa 0:or och 1:or, eller omvandla små celler på datorkretsen till antingen glas eller kristall. "

Om du tittade på den mörkare delen av CD -skivan med ett förstoringsglas, du skulle se några fläckar som är ljusare och några som är mörkare:En CD -läsare översätter de reflekterande kristallerna till 0s och de mindre reflekterande glasbitarna till 1s, och sedan översätter den koden till musiken, dokument, bilder eller annan information som en användare behöver lagra.

En del av Lucas forskning handlar om att utöka alternativen för vilka former fasförändringsmaterial kan ha - istället för att bitar bara sparas som helt kristall eller helt glas, de kunde sparas som halv kristall och halvt glas, eller tre fjärdedelar av en och en fjärdedel av den andra.

"Detta kan göra det möjligt för konsumenter att lägga 10 gånger mer data på en CD eller mikrochip - eller 100 gånger mer data, "sa han." I framtiden, vad ingenjörer också kommer att försöka göra är i huvudsak att replikera hjärnans struktur och mekanism för informationsutbyte på det sätt som varje neuron, eller lite, är i kommunikation med varannan neuron i det som kallas ett artificiellt neuralt nätverk. "

Fånga Drift

Denna nya form av PCM kommer också att svara för ett problem i nuvarande material som kallas drift. Det är fördelaktigt att fasförändringsmaterial existerar i kristalltillståndet eftersom det tar mindre energi, så drift uppstår när material som ursprungligen kodades som glas långsamt förvandlas till kristall.

"Om ditt tillstånd kristalliserades till 75 procent och med tiden blir det 90 procent kristalliserat, då kommer den inte att innehålla samma information, "Sa Lucas." Det är inte bra. "

Drift uppstår eftersom nuvarande fasförändringsmaterial är sköra, som, i materialvetenskapligt språk, betyder att när de övergår från kristall till glas, de blir flytande och mindre stabila i sitt slutliga tillstånd. Lucas arbetar med att skapa en form av PCM som uppvisar en "bräcklig till stark" övergång - vilket betyder att den förblir flytande, eller skör, medan det ändrar fas, och blir trögflytande, eller stark, i sitt slutliga tillstånd.

"I en dator, du vill att ditt minneskort ska fungera riktigt snabbt, vilket innebär att du vill att denna förändring ska vara riktigt snabb - ungefär en miljard gånger per sekund, "Lucas sa." Det betyder att processen att växla mellan kristallen och glaset ska vara riktigt snabb, och det kan bara hända så snabbt om atomerna är i ett mycket flytande tillstånd. Men när det svalnar, du vill att PCM ska bli mycket viskös för att bilda en minnesbit som är stabil. "

Stabiliteten med den ömtåliga till starka övergången är det som kommer att göra det möjligt för ett bredare utbud av slutliga tillstånd för minnsteknologier att hålla mer information, och skulle möjliggöra ultrasnabb informationsbehandling som liknar den hos mänskliga neuroner.

Som materialingenjör, Lucas tar det första steget mot denna framtid i neurala nätverk genom att arbeta för att skapa materialet det kommer att existera på. När han arbetar för att diversifiera de olika tillstånd som PCM kan existera i, han kommer också att diversifiera teknikområdet:Hans forskning kommer att innehålla ett specifikt fokus på mentorskap för kvinnor, Hispanic studenter och andra underrepresenterade studenter inom naturvetenskap, teknologi, teknik och matematik.