Teknofiler som har drömt om mobila enheter som kör längre på lättare, smalare batterier kan snart upptäcka att deras önskan har uppfyllts.

Ingenjörer från University of Illinois har utvecklat en form av ultralågt digitalt minne som är snabbare och använder 100 gånger mindre energi än liknande tillgängligt minne. Tekniken kan ge framtida bärbara enheter mycket längre batteritid mellan laddningarna.

Leds av el- och datatekniker Eric Pop, laget kommer att publicera sina resultat i ett kommande nummer av Vetenskap tidningen och online den 10 mars Science Express.

"Jag tror att alla som har att göra med många laddare och kopplar in saker varje kväll kan relatera till att vilja ha en mobiltelefon eller bärbar dator vars batterier kan hålla i veckor eller månader, "sa Pop, som också är ansluten till Beckman Institute for Advanced Science and Technology i Illinois.

Flashminnet som används i mobila enheter lagrar idag bitar som laddning, som kräver höga programmeringsspänningar och är relativt långsam. Industrin har utforskat snabbare, men högre effektfasförändringsmaterial (PCM) som ett alternativ. I PCM -minne lagras en bit i materialets motstånd, som är omkopplingsbar.

Pops grupp sänkte effekten per bit till 100 gånger mindre än befintligt PCM -minne genom att fokusera på en enkel, ändå nyckelfaktor:storlek.

I stället för metalltrådarna som är standard i industrin, gruppen använde kolnanorör, små rör endast några nanometer i diameter - 10, 000 gånger mindre än ett människohår.

"Energiförbrukningen är i huvudsak skalad med volymen på minnesbiten, "sade doktoranden Feng Xiong, tidningens första författare. "Genom att använda nanoskala kontakter, vi kan uppnå mycket mindre strömförbrukning. "

För att skapa lite, forskarna placerar en liten mängd PCM i en nanoskala gap bildad i mitten av en kol nanorör. De kan slå på och av biten genom att leda små strömmar genom nanoröret.

"Kolnanorör är de minsta kända elektroniska ledarna, "Sa Pop." De är bättre än någon metall på att leverera ett litet skott av elektricitet för att tappa PCM -biten. "

Nanorör har också en extraordinär stabilitet, eftersom de inte är känsliga för nedbrytning som kan plåga metalltrådar. Dessutom, PCM som fungerar som den verkliga biten är immun mot oavsiktlig radering från en förbigående skanner eller magnet.

Lågeffekt-PCM-bitarna kan användas i befintliga enheter med en betydande ökning av batteritiden. Just nu, en smart telefon använder ungefär en watt energi och en bärbar dator går på mer än 25 watt. En del av den energin går till displayen, men en ökande andel är tillägnad minne.

"Varje gång du kör en app, eller lagring av MP3 -filer, eller strömmande videor, det tömmer batteriet, "sa Albert Liao, en doktorand och medförfattare. "Minnet och processorn arbetar hårt med att hämta data. När människor använder sina telefoner för att ringa mindre och använda dem för att beräkna mer, Det är viktigt att förbättra datalagring och hämtning. "

Pop tror att tillsammans med förbättringar i displayteknik, nanorörets PCM -minne kan öka en iPhones energieffektivitet så att det kan fungera längre på ett mindre batteri, eller till och med till den punkt där den kunde springa helt enkelt genom att skörda sin egen värme, mekanisk eller solenergi - inget batteri krävs.

And device junkies will not be the only beneficiaries.

"We're not just talking about lightening our pockets or purses, " Pop said. "This is also important for anything that has to operate on a battery, such as satellites, telecommunications equipment in remote locations, or any number of scientific and military applications."

Dessutom, ultra-low-power memory could cut the energy consumption – and thus the expense – of data storage or supercomputing centers by a large percentage. The low-power memory could also enable three-dimensional integration, a stacking of chips that has eluded researchers because of fabrication and heat problems.

The team has made and tested a few hundred bits so far, and they want to scale up production to create arrays of memory bits that operate together. They also hope to achieve greater data density through clever programming such that each physical PCM bit can program two data bits, called multibit memory.

The team is continuing to work to reduce power consumption and increase energy efficiency even beyond the groundbreaking savings they've already demonstrated.

"Even though we've taken one technology and shown that it can be improved by a factor of 100, we have not yet reached what is physically possible. We have not even tested the limits yet. I think we could lower power by at least another factor of 10, " Pop said.