Китайски учени разбиха дългогодишни вярвания за определени триизмерни кристали, като откриха и контролираха ултрамалки „линейни“ стени вътре в тях, чиято дебелина и ширина са около сто хилядна от диаметъра на човешки косъм.
Проучването, ръководено от учени от Института по физика на Китайската академия на науките, отваря вратата към по-ефективни чипове с изкуствен интелект чрез устройства за съхранение с плътност стотици пъти по-голяма от най-добрите налични в момента. Техните резултати бяха публикувани в списание Science в петък.
За да разберете това откритие, представете си вътрешността на флуоритните фероелектрични кристали — широко използван материал в микроелектронната индустрия от 2010 г. насам — като триизмерна решетка като куб на Рубик. Всеки малък „блок“ в тази решетка може да съхранява данни, контролирани от външни електрически полета. За да увеличи плътността на съхранение и да намали консумацията на енергия, физическият свят предполага, че плоският, двуизмерен домейн стените, които са границите между тези „блокове“, също могат да се използват за съхранение на данни.
След като посветиха осем години на изучаване на тези видове кристали, изследователският екип откри, че сегментите от тяхната уникална слоеста структура, за които се смяташе, че са повърхностно заредени доменни стени, всъщност са единични линии – приблизително с ширината на единичен атом в ангстрьомовата скала. С прости думи, това, което някога се е смятало за лист, може при правилните условия да се превърне в линия.
Още по-изненадващо, проучването показа, че тези ултратънки линии могат да останат стабилни, жизненоважна предпоставка за съхранение на данни. Обикновено такива граници бързо ще изчезнат поради електрическите сили. Въпреки това, екипът установи, че малки дефекти в материала – липсващи или допълнителни кислородни атоми – действат като лепило, задържайки заредената линия на място.
Използвайки усъвършенствани електронни микроскопи, изследователите успяха да наблюдават тези структури в атомен мащаб и дори да ги контролират чрез прилагане на локализирани електрически полета. Това означава, че линиите могат да бъдат създавани, премествани или изтривани при поискване, поставяйки теоретичната основа за съхранение на данни.
„Съвременните устройства за съхранение на данни, от твърди дискове до твърдотелна памет, записват информация, използвайки площи, измерени в десетки нанометри. Новооткритите структури са десетки пъти по-малки. На теория, замяната на днешните единици за съхранение с тези характеристики с атомен мащаб може драстично да увеличи колко информация се побира в малко пространство“, каза Zhong Hai, първи автор на изследването и доцент в университета Ludong в Шандонг провинция.
Изчислено е, че устройство, използващо такива структури, може да съхранява около 600 пъти повече данни от сегашните технологии, потенциално опаковайки 20 терабайта информация в площ от един квадратен сантиметър – достатъчно за 10 000 филма с висока разделителна способност, за да се поберат в площ с размерите на пощенска марка.
Zhong също подчерта техните значителни последици за хардуера с изкуствен интелект, отбелязвайки, че тези структури могат да отговорят на търсенето на обширна обработка на информация и да позволят на бъдещите чипове да станат по-плътни, по-бързи и по-енергийно ефективни.
Въпреки това, Zhong подчерта, че тази работа е фундаментално изследване, а не комерсиален продукт, а практическите приложения са все още далеч. Той спомена предизвикателства като дизайна на електродите за регулиране на локални електрически полета, които не са достъпни в ежедневните условия.
„Въпреки това, това изследване отваря нов път в науката за материалите, като предефинира колко малки и гъвкави могат да бъдат структурите, носещи информация в твърдите тела“, добави той.