27.07.2020 - University of Southern California

Neuartige Technologie verlängert Batterielebensdauer, erhöht Ladegeschwindigkeit und reduziert Datenbeschädigung

Neu entwickeltes Speichergerät zeigt Rekordleistung

Speichergeräte gibt es in vielen Formen. Von USB-Sticks über externe Festplatten bis hin zu Chips, die direkt in Smartphones implantiert werden. Was das eine besser als das andere macht, ist gewöhnlich eine Kombination aus neuen, bahnbrechenden Materialien und der neuartigen Bausteinstruktur. Je besser die Materialien und die Art und Weise, wie diese Materialien kreativ gestaltet werden, um die ultimative Struktur aufzubauen, desto besser ist das Speichergerät. Jetzt haben Forscher in Nature Electronics einen Artikel über die Entwicklung eines Speichergeräts mit verbessertem Material und verbesserter Struktur veröffentlicht, das verspricht, die Daten-Upload-Geschwindigkeit zu erhöhen, die Lebensdauer der Smartphone-Batterie zu verlängern und die Datenverfälschung zu reduzieren.

Han Wang, außerordentlicher Professor für Elektro- und Computertechnik an der University of Southern California Viterbi School of Engineering, hat dies zusammen mit dem Postdoktoranden Jiangbin Wu, den Doktoranden Hung-Yu Chen und Xiaodong Yan durch ein Konzept erreicht, das als ferroelektrischer Tunnelübergang (FTJ) bezeichnet wird.

Dieser neue Speicherbaustein gehört zu einer Familie, die als nichtflüchtige Speicherbausteine bekannt ist, was bedeutet, dass sie ausgesteckt werden können und trotzdem ihre Daten behalten, ähnlich wie die Speicher von Mobiltelefonen und USB-Flash-Laufwerken. Im Gegensatz zu den derzeitigen FTJ-Geräten besteht dieses Gerät aus asymmetrischen Metall- und halbmetallischen Graphenmaterialien. Indem diese Materialien in eine neuartige Struktur eingebaut wurden, konnten sie die Leistung aller zuvor demonstrierten FTJs übertreffen und bieten gleichzeitig vielversprechende Aussichten für die Integration in die Siliziumelektronik.

Darüber hinaus kann die einzigartige Fähigkeit dieser Materialien, sich der Dicke auf atomarer Ebene anzunähern, letztendlich zu noch schnelleren und energieeffizienteren FTJ-Speichern führen. "Diese Materialien ermöglichen es uns, Bauelemente zu bauen, die potenziell auf eine Dicke im atomaren Maßstab skaliert werden können", sagte Wang. "Dies bedeutet, dass die zum Lesen, Schreiben und Löschen von Daten erforderliche Spannung drastisch reduziert werden kann, was wiederum die Speicherelektronik wesentlich energieeffizienter machen kann.

Wang und seine Forscherkollegen hoffen, dass ihr Gerät mit der Zeit vergrößert werden kann und nicht nur ein Ersatz für den nichtflüchtigen Speicher, den wir in Mobiltelefonen und USB-Sticks sehen, sondern auch für flüchtige Speicher wie D-RAM-Speichergeräte, die häufig in Computern zu finden sind, werden kann. Darüber hinaus kann das Gerät auch so konstruiert werden, dass es Multi-Bit-Datenzustände in einer einzigen Zelle halten kann, und mit seiner robusten Ausdauer und Speicherung hat es ein vielversprechendes Potenzial für Anwendungen im In-Memory-Computing und anderer Computer-Hardware.

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