ساخت تراشه‌های نامیرا برای حفظ اطلاعات

به نقل از آی‌ای، در حال حاضر، اغلب از مواد فروالکتریک برای تولید تراشه برای اهداف ذخیره‌سازی و سنجش استفاده می‌شود. این مواد برای هوش مصنوعی و سایر حوزه‌ها با فناوری پیشرفته که تحت تأثیر تحریم‌های آمریکا قرار گرفته‌اند، حیاتی هستند.

مواد فروالکتریک به دلیل مصرف انرژی کم، خوانش بدون تلفات و قابلیت نوشتن سریع برای ایجاد تراشه‌های ذخیره سازی عالی هستند. این مواد می‌توانند به سرعت تحت یک میدان الکتریکی که به عنوان قطبش شناخته می‌شود و حتی پس از حذف میدان نیز پایدار می‌ماند، تغییر حالت دهند.

این رفتار را می‌توان به نوعی حافظه سریع دائمی تشبیه کرد.

تراشه‌های ذخیره سازی با طول عمر تقریبا بی‌نهایت

برای این منظور، مواد فروالکتریک در حال حاضر در فناوری ذخیره‌سازی، حسگرها و دستگاه‌های جمع‌آوری انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، آنها همچنین این پتانسیل را دارند که در ساخت سرورهای ذخیره سازی یا پشتیبانی از مراکز داده بزرگ در آینده استفاده شوند.

مواد فروالکتریک سنتی که به طور گسترده به صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند سرب زیرکونات تیتانات(PZT)، ممکن است در حین استفاده دچار خستگی فروالکتریک شوند.

این منجر به کاهش عملکرد و در نهایت شکست می‌شود. هدف تیم چینی این بود که با تقویت ساختار مواد به این مشکل رسیدگی کنند.

هی ری(He Ri)، دانشیار و نویسنده اول این مطالعه، توضیح داد: وقتی بار الکتریکی در طول فرآیندهای ذخیره سازی و خوانش جریان پیدا می‌کند، نقص‌ها حرکت می‌کنند و جمع می‌شوند، در نهایت فرآیند قطبش را مسدود می‌کنند و منجر به خرابی دستگاه می‌شوند.

او افزود: این مانند امواجی است که سنگ‌های کوچک را در دریا جمع می‌کند و به تدریج صخره بزرگی را تشکیل می‌دهد که جریان امواج را مسدود می‌کند.

مشخص شد که این مشکل با ساخت مواد فروالکتریک در لایه‌ها قابل حل است. با استفاده از شبیه‌سازی‌های سطح اتمی به کمک هوش مصنوعی، محققان کشف کردند که مواد فروالکتریک لغزشی دوبعدی، وقتی تحت میدان الکتریکی قرار می‌گیرند، به طور کلی در طول انتقال بار تغییر می‌کنند. این امر از حرکت و تجمع عیوب باردار و در نتیجه از خستگی جلوگیری می‌کند.

این گروه یک ماده لایه‌ای دوبعدی به ضخامت نانومتری موسوم به ۳R-MoS۲ ساختند. یک نانومتر تقریبا ۱۰۰ هزار برابر کوچک‌تر از قطر موی انسان است.

بدون تخریب پس از میلیون‌ها خوانش و نوشتن

آزمایش‌ها نشان داد که ۳R-MoS۲ پس از میلیون‌ها چرخه، کاهش عملکرد صفر را نشان می‌دهد، که به این معناست که دستگاه‌های ذخیره‌سازی ساخته شده از این ماده فروالکتریک دوبعدی هیچ محدودیتی برای خواندن/نوشتن ندارند. این گزارش همچنین بیان کرد که در حالی که مواد فروالکتریک سنتی از نوع یونی، ده‌ها هزار چرخه خواندن/نوشتن را امکان‌پذیر می‌کنند، دستگاه‌های ذخیره‌سازی ساخته شده از مواد فروالکتریک لایه‌ای دوبعدی جدید چنین محدودیتی ندارند. بدون محدودیت خواندن/نوشتن، تراشه‌های ذخیره‌سازی ساخته شده از این ماده بسیار بادوام خواهند بود. به گفته دانشمندان، این امر آنها را برای استفاده در محیط‌های سخت مانند هوا فضا و اکتشافات در اعماق دریا ایده‌آل می‌کند.

با توجه به اندازه کوچک مواد، ظرفیت ذخیره‌سازی در برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ مانند مراکز داده بسیار افزایش می‌یابد.