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工程师们发明了一种用原子薄的2D材料代替硅芯片存储数据的新

研究人员发明了一种将原子薄的二维材料层层滑动的方法,以更少的空间和更少的能源存储更多的数据。

一个由斯坦福大学领导的团队发明了一种储存数据的方法,通过将原子薄的金属层相互滑动,这种方法可以比硅芯片在更小的空间内存储更多的数据,同时消耗更少的能源。

这项研究是由斯坦福大学材料科学与工程副教授亚伦·林登伯格领导的,他是斯坦福大学和斯坦福大学国家加速器实验室的一名副教授。

加州大学伯克利分校的机械工程师张翔,德克萨斯大学的材料科学家钱晓峰和斯坦福大学/斯坦福大学材料科学与工程学院的教授托马斯·德弗里克斯也帮助指导了这项实验,这些实验的描述发表在《自然物理》杂志上。这一突破是基于一种新发现的金属,它能形成极薄的金属层,在这种情况下只有3个原子的厚度。研究人员将这些层由一种叫做二氧化钨的金属制成,就像一副纳米级的扑克牌。通过向堆栈中注入少量的电流,他们使每个奇数层相对于它上面和下面的偶数层发生了非常微小的移动。这种偏移是永久性的,或者说是不挥发的,直到另一股电流使奇数层和偶数层再次重新排列。

层的排列成为一种编码信息的方法。林登伯格说,创建了开关,1和0,存储二进制数据。

为了读取存储在这些移动原子层之间的数字数据,研究人员利用了一种被称为“贝里曲率”的量子特性,这种特性就像磁场一样,可以操纵材料中的电子,从而在不干扰堆叠的情况下读取原子层的排列。

肖军是林登伯格实验室的博士后学者,也是这篇论文的第一作者,他说来回移动这些层只需要很少的能量。这就意味着写作要花费更少的精力。对新设备的零或一比今天的非易失性存储器技术所需要的。此外,根据同一小组去年发表在《自然》杂志上的研究,原子层的滑动速度如此之快,数据存储的速度比现有技术快100倍以上。

从而原型装置的设计是部分基于理论计算由合作者Xiaofeng钱,助理教授德州第一部;M大学和华王在他的实验室里的研究生。之后,研究人员发现实验结果与理论预测一致,他们进一步计算导致他们相信进一步细化设计将大大提高存储容量的新方法,为向使用超薄2D材料的新型、功能强大的非易失性存储器的转变铺平了道路。

该团队已经为他们的技术申请了专利,同时他们进一步完善了他们的记忆原型和设计。他们还计划寻找其他2D材料,这些材料作为数据存储介质的性能甚至比双氯化钨还要好。

这里的科学底线是,林登伯格补充说,对这些超薄层的微小调整对其功能特性有很大影响。我们可以利用这些知识设计新的节能设备,朝着可持续和智能的未来发展。

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参考文献:电驱动叠加过渡的曲率记忆肖军、王英、王华、彭马拉加、王思琪、菲利普·马舍、埃德伯特·西、克拉娜·m·尼比、托马斯·p·德弗里aux、钱晓峰、张翔、亚伦·m·林登伯格,自然物理,2020年6月29日。

DOI: 10.1038 / s41567 - 020 - 0947 - 0

斯坦福大学/SLAC国家加速器实验室的实验和理论合作由美国能源部、材料科学和工程部通过斯坦福大学材料和能源科学研究所(SIMES)提供资金。塔木大学的理论研究得到了美国国家科学基金会的支持。伯克利的实验和设备制造分别由美国能源部、材料科学和工程部和阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)资助研究办公室资助。

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