(Phys.org)—Forskare vid Rice University designar transparenta, två terminaler, tredimensionella datorminnen på flexibla ark som visar lovande för elektronik och sofistikerade heads-up-skärmar.

Tekniken baserad på växlingsegenskaperna hos kiseloxid, en genombrottsupptäckt av Rice 2008, rapporterades idag i nättidningen Naturkommunikation .

Rice-teamet som leds av kemisten James Tour och fysikern Douglas Natelson gör mycket transparent, icke-flyktiga resistiva minnesenheter baserade på uppenbarelsen att kiseloxid i sig kan vara en switch. En spänning som går över ett tunt ark av kiseloxid avlägsnar syreatomer från en kanal som är 5 nanometer bred, förvandla det till ledande metalliskt kisel. Med lägre spänningar, kanalen kan sedan brytas och repareras upprepade gånger, över tusentals cykler.

Den kanalen kan läsas som en "1" eller en "0, "som är en switch, grundenheten för datorminnen. Vid 5 nm, det visar ett löfte om att förlänga Moores lag, som förutspådde datorkretsar kommer att fördubblas i effekt vartannat år. Nuvarande toppmoderna elektronik är gjord med 22 nm kretsar.

Forskningen av Tour, Rice's T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och i datavetenskap; huvudförfattare Jun Yao, en före detta doktorand vid Rice och nu en postdoktorand forskare vid Harvard; Jian Lin, en Rice-postdoktor, och deras kollegor beskriver minnen som är 95 procent transparenta, gjord av kiseloxid och tvärstavsgrafenterminaler på flexibel plast.

Rice-labbet tillverkar sina enheter med ett arbetsutbyte på cirka 80 procent, "vilket är ganska bra för ett icke-industriellt labb, Tour sa. "När du får dessa idéer i industrins händer, de skärper verkligen upp det därifrån."

Tillverkare som har kunnat passa miljontals bitar på små enheter som flashminnen befinner sig nu i att stöta mot de fysiska gränserna för deras nuvarande arkitekturer, som kräver tre terminaler för varje bit.

Men risenheten, kräver bara två terminaler, gör det mycket mindre komplicerat. Det betyder att arrayer av tvåterminalsminnen kan staplas i tredimensionella konfigurationer, avsevärt öka mängden information som ett minneschip kan innehålla. Tour sa att hans labb också har sett löften om att skapa multi-state minnen som ytterligare skulle öka deras kapacitet.

Yaos upptäckt följde på arbetet på Rice med grafitbaserade minnen där forskare såg remsor av grafit på ett kiseloxidsubstrat gå sönder och läka när spänning applicerades. Yao misstänkte att den underliggande kiseloxiden faktiskt var ansvarig, och han kämpade för att övertyga sina labbkollegor. "Jun fortsatte tyst sitt arbete och samlade bevis, så småningom bygga en fungerande enhet utan grafit, Tour sa. "Och fortfarande, andra sa, 'Åh, det var exogent kol i systemet som gjorde det!' Sedan byggde han den utan exponering för kol på chipet."

Yaos papper som beskriver kiseloxidmekanismen dök upp i Nature's Scientific Reports i januari.

Hans uppenbarelse blev grunden för nästa generations minnen som designades i Tours labb, där teamet bygger minnen av kiseloxider inklämda mellan grafen – en atomtjocka band av kol – och fästa på plastark. Det finns inte en prick av metall i hela enheten (med undantag för kablar som är anslutna till grafenelektroderna).

Äktenskapet mellan kisel och grafen skulle förlänga den sedan länge erkända användbarheten av den första och en gång för alla bevisa värdet av den andra, länge utropat som ett undermaterial som letar efter en anledning att vara, sa Tour. Han noterade att enheterna inte bara visar potential för strålningshärdade enheter – flera byggda på Rice utvärderas nu vid den internationella rymdstationen – utan tål också värme upp till cirka 700 grader Celsius. Det betyder att de kan monteras direkt ovanpå integrerade processorer utan negativa effekter.

Labbet bygger också tvärstagsminnen med inbyggda dioder för att bättre manipulera styrspänningar, sa Tour. "Vi har utvecklat detta långsamt för att förstå de grundläggande växlingsmekanismerna, ", sa han. "Industrier har flugit in och tittat på det, men vi håller på med grundläggande vetenskap här; vi paketerar inte saker snyggt och snyggt, så det de ser ser rudimentärt ut.

"Men detta övergår nu till ett tillämpat system som mycket väl skulle kunna tas upp som ett framtida minnessystem, " han sa.