Ett team som leds av Stanford har uppfunnit ett sätt att lagra data genom att glida atomärt tunna lager av metall över varandra, ett tillvägagångssätt som kan packa mer data på mindre utrymme än kiselchips, samtidigt som du använder mindre energi.

Forskningen, leds av Aaron Lindenberg, docent i materialvetenskap och teknik vid Stanford och vid SLAC National Accelerator Laboratory, skulle vara en betydande uppgradering från den typ av icke-flyktigt minneslagring som dagens datorer åstadkommer med kiselbaserad teknik som flashchips.

UC Berkeleys mekaniska ingenjör Xiang Zhang, Texas A&M materialforskare Xiaofeng Qian, och Stanford/SLAC professor i materialvetenskap och teknik Thomas Devereaux hjälpte också till att styra experimenten, som beskrivs i journalen Naturfysik . Genombrottet bygger på en nyupptäckt metallklass som bildar otroligt tunna lager, i detta fall bara tre atomer tjocka. Forskarna staplade dessa lager, tillverkad av en metall känd som volframditellurid, som en kortlek i nanoskala. Genom att injicera en liten bit elektricitet i stacken fick de varje udda numrerat skikt att förskjutas något i förhållande till de jämna numrerade skikten ovanför och under det. Offset var permanent, eller icke-flyktiga, tills ytterligare ett ryck av elektricitet fick de udda och jämna lagren att åter anpassas.

"Arrangemanget av lagren blir en metod för att koda information, Lindenberg säger, skapa on-off, 1:or och 0:or som lagrar binär data.

För att läsa den digitala data som lagras mellan dessa skiftande lager av atomer, forskarna utnyttjar en kvantegenskap som kallas Berry curvature, som fungerar som ett magnetfält för att manipulera elektronerna i materialet för att läsa av arrangemanget av lagren utan att störa stapeln.

juni Xiao, en postdoktor i Lindenbergs labb och första författare till tidningen, sa att det tar väldigt lite energi att flytta lagren fram och tillbaka. Det betyder att det borde ta mycket mindre energi att "skriva" en nolla eller ett till den nya enheten än vad som krävs för dagens icke-flyktiga minnesteknologier. Vidare, baserat på forskning som samma grupp publicerat i Natur förra året, glidningen av atomlagren kan ske så snabbt att datalagring kan åstadkommas mer än hundra gånger snabbare än med nuvarande teknik.

Utformningen av prototypenheten baserades delvis på teoretiska beräkningar som bidragit av medförfattare Xiaofeng Qian, en biträdande professor vid Texas A&M University, och Hua Wang en doktorand i hans labb. Efter att forskarna observerat experimentella resultat som överensstämmer med de teoretiska förutsägelserna, de gjorde ytterligare beräkningar som fick dem att tro att ytterligare förbättringar av deras design kommer att förbättra lagringskapaciteten för detta nya tillvägagångssätt, banar väg för en förskjutning mot ett nytt, och mycket kraftfullare klass av icke-flyktigt minne med ultratunna 2D-material.

Teamet har patenterat sin teknologi samtidigt som de förfinar sin minnesprototyp och design ytterligare. De planerar också att söka efter andra 2D-material som skulle kunna fungera ännu bättre som datalagringsmedier än volframditellurid.

"Det vetenskapliga resultatet här, "Tillägger Lindenberg, "är att mycket små justeringar av dessa ultratunna lager har stor inverkan på dess funktionella egenskaper. Vi kan använda den kunskapen för att konstruera nya och energieffektiva enheter mot en hållbar och smart framtid."