Сделан шаг к созданию PCM-памяти: она потребляет в миллион раз меньше энергии

В недавно опубликованной на страницах журнала Nature статье международная команда учёных рассказала об удивительном эффекте, который может происходить в таком материале, как селенид индия. Под воздействием электрического тока он переходит из кристаллической формы в аморфную, затрачивая на процесс в миллионы раз меньше энергии, нежели требует фазовый переход в случае обычной импульсной памяти (например, в момент перезаписи диска DVD). Открытие учёных в будущем может привести к появлению чрезмерно эффективной памяти для компьютерных систем.

Как отмечают авторы открытия, память с фазовым переходом, например, полупроводниковая или оптическая, и по сей день, несмотря на бурное развитие технологий, является достаточно энергоёмкой, когда речь заходит о записи информации и её стирании. Для записи требуются импульсы, которые в буквальном смысле плавят материал в ячейке. Иногда температура достигает 800 °С. Быстрое остывание расплава не позволяет ему восстановить кристаллическую структуру. Аморфное состояние характеризуется очень высоким сопротивлением, а кристаллическое — низким, что определяет состояние ячейки 0 или 1. Принцип работы оптической памяти примерно схож, хотя там всё работает немного иначе.

В ходе лабораторных исследований учёные обнаружили, проволока из селенида индия смогла полностью перейти в аморфное состояние без воздействия импульсов. Учёные пропускали по проволоке электрический ток, но в какой-то момент он перестал проходить.

Чтобы понять причины произошедшего, команда учёных разработала метод слежения за переходом в аморфное состояние в нанометровом и более крупном масштабах. Выяснилось, главными зачинщиками этого явления являются два свойства селенида индия — пьезоэлектрика и сегнетоэлектрика. Небольшой ток создаёт домен аморфизации в материале, а возникающие напряжения в кристаллической решётке провоцируют что-то вроде эффекта землетрясения на соседних участках. В итоге получается лавинообразный процесс. Он заканчивается только в тот момент, когда весь материал перешёл в аморфное состояние.

Открытие, сделанное учёными, может стать основой для появления максимально энергоэффективной памяти с фазовым переходом. Они утверждают, на переход одной ячейки памяти в аморфно состояние требуется одна миллионная от того объёма энергии, который сейчас требуется для современной памяти PCM.