Forskare vid Rice University har skapat en solid-state-minneteknik som möjliggör lagring med hög densitet med en minimal förekomst av datorfel.

Minnena är baserade på tantaloxid, en vanlig isolator inom elektronik. Applicera spänning på en 250 nanometer tjock smörgås av grafen, tantal, nanoporöst tantaloxid och platina skapar adresserbara bitar där lagren möts. Styrspänningar som skiftar syrejoner och vakanser växlar bitarna mellan enorna och nollorna.

Upptäckten från Rice lab av kemisten James Tour kan möjliggöra tvärstångsminnen som lagrar upp till 162 gigabit, mycket högre än andra oxidbaserade minnessystem som undersöks av forskare. (Åtta bitar lika med en byte; en enhet på 162 gigabyte skulle lagra cirka 20 gigabyte information.)

Detaljer visas online i American Chemical Society journal Nano bokstäver .

Liksom Tour labs tidigare upptäckt av kiseloxidminnen, de nya enheterna kräver bara två elektroder per krets, vilket gör dem enklare än dagens flashminnen som använder tre. "Men det här är ett nytt sätt att göra ultralätt, icke flyktigt datorminne, "Sa Tour.

Icke flyktiga minnen håller sina data även när strömmen är avstängd, till skillnad från flyktiga datorminnen med slumpmässig åtkomst som tappar innehåll när maskinen stängs av.

Moderna minneschips har många krav:De måste läsa och skriva data i hög hastighet och hålla så mycket som möjligt. De måste också vara hållbara och visa bra lagring av data samtidigt som de använder minimal effekt.

Tour sa att Rices nya design, som kräver 100 gånger mindre energi än nuvarande enheter, har potential att träffa alla märken.

"Detta tantalminne är baserat på tvåterminalsystem, så det är klart för 3D-minnesstackar, "sa han." Och det behöver inte ens dioder eller väljare, vilket gör det till ett av de enklaste ultradensa minnena att konstruera. Detta kommer att bli en verklig konkurrent för de växande minneskraven inom högupplöst videolagring och serveruppsättningar. "

Den skiktade strukturen består av tantal, nanoporöst tantaloxid och flerlagers grafen mellan två platinaelektroder. Vid tillverkningen av materialet, forskarna fann att tantaloxiden gradvis förlorar syrejoner, byter från en syrerik, nanoporös halvledare överst till syrefattig i botten. Där syret försvinner helt, det blir ren tantal, en metall.

Forskarna bestämde att tre relaterade faktorer ger minnena deras unika omkopplingsförmåga.

Först, styrspänningen förmedlar hur elektroner passerar genom en gräns som kan vända från en ohmsk (ström flödar i båda riktningarna) till en Schottky (ström flyter envägs) kontakt och tillbaka.

Andra, gränsens plats kan förändras baserat på syrevakanser. Dessa är "hål" i atomarrayer där syrejoner bör finnas, men gör inte det. Den spänningsstyrda rörelsen för syrevakanser flyttar gränsen från gränssnittet tantal/tantaloxid till gränssnittet tantaloxid/grafen. "Utbytet av kontaktbarriärer orsakar bipolär omkoppling, "sa Gunuk Wang, huvudförfattare till studien och tidigare postdoktor vid Rice.

Tredje, strömflödet drar syrejoner från tantaloxid -nanoporerna och stabiliserar dem. Dessa negativt laddade joner producerar ett elektriskt fält som effektivt fungerar som en diod för att hindra felframkallande överhörning. Medan forskare redan visste det potentiella värdet av tantaloxid för minnen, sådana matriser har begränsats till ungefär en kilobyte eftersom tätare minnen lider av överhörning som gör att bitar kan läsas fel.

Grafen fungerar dubbel som en barriär som hindrar platina från att vandra in i tantaloxiden och orsaka kortslutning.

Tour sa att tantaloxidminnen kan tillverkas vid rumstemperatur. Han noterade att styrspänningen som skriver och skriver om bitarna är justerbar, vilket möjliggör ett brett spektrum av kopplingsegenskaper.

Wang sa att de återstående hindren för kommersialisering inkluderar tillverkning av en tillräckligt tät tvärstångsenhet för att adressera enskilda bitar och ett sätt att styra storleken på nanoporerna.