Forscher haben hybride Phasenwechsel-Memristoren entwickelt, die einen schnellen Rechenspeicher mit geringem Stromverbrauch und hoher Dichte bereitstellen könnten. Durch die strategische Belastung eines Materials, das so dünn wie eine einzelne Atomschicht ist, haben Wissenschaftler der University of Rochester eine neue Art von Rechenspeicher entwickelt, der schnell und dicht ist und wenig Strom verbraucht. Die Forscher skizzieren ihren neuen hybriden Widerstandsschalter in einer in Nature Electronics veröffentlichten Studie.
Hybrid-Widerstandsschalter
Der im Labor von Stephen M. Wu, Assistenzprofessor für Elektrotechnik, Computertechnik und Physik, entwickelte Ansatz kombiniert die besten Eigenschaften zweier bestehender Formen des Widerstandsschaltens für Speicher: Memristoren und Phasenwechselmaterialien. Beide haben Vorteile, aber auch Nachteile im Vergleich zu den heute gängigsten Speicherformen, einschließlich dynamischem Direktzugriffsspeicher (DRAM) und Flash-Speicher.
Memristoren, die durch Anlegen einer Spannung an einen dünnen Draht zwischen zwei Elektroden funktionieren, weisen im Vergleich zu anderen Speicherformen tendenziell eine mangelnde Zuverlässigkeit auf, sagte Wu. Gleichzeitig müssen Phasenwechselmaterialien ein Material selektiv in einen amorphen oder kristallinen Zustand schmelzen, was einen übermäßigen Stromverbrauch erfordert.
Durchbrüche in der Speichertechnologie
Die Forscher kombinierten Ideen von Memristoren und Phasenwechselgeräten, um die Einschränkungen beider Geräte zu überwinden. „Wir stellen ein Memristorgerät mit zwei Anschlüssen her, das eine Kristallphase in eine andere Kristallphase treibt. Die beiden Kristallphasen haben unterschiedliche Widerstände, und das kann man dann als Speicher speichern“, sagte Wu.
Der Schlüssel liegt in der Verwendung eines zweidimensionalen Materials, das bis zum kritischen Punkt zwischen zwei verschiedenen Kristallphasen gedehnt und mit relativ wenig Kraft in beide Richtungen gedrückt werden kann.
Technik und Zusammenarbeit
„Unser technischer Entwurf dehnt das Material im Wesentlichen nur in eine Richtung und komprimiert es in die andere Richtung“, sagte Wu. „Auf diese Weise kann die Leistung um mehrere Größenordnungen verbessert werden. Meiner Meinung nach könnte dieses Material irgendwann in Heimcomputern als eine Form von ultraschnellem, äußerst effizientem Speicher verwendet werden. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf die Computertechnik insgesamt haben.“
Wu und sein Team aus Doktoranden führten experimentelle Arbeiten durch und arbeiteten mit Forschern der Fakultät für Maschinenbau in Rochester, darunter den Assistenzprofessoren Hessam Askari und Sobitt Singh, zusammen, um herauszufinden, wo und wie Spannungen auf das Material ausgeübt werden. Die größte Hürde bei der Herstellung von Phasenwechsel-Memristoren besteht darin, ihre Gesamtzuverlässigkeit weiter zu verbessern, aber die Fortschritte, die sein Team bisher gemacht hat, machen ihm Mut.
Referenz „Strain Engineering of Vertical Molybdenum Ditelluride Phase Change Memristor“, Autor: Hou Wenhui, Ahmad Azizimanesh, Aditya Dey, Yang Yufeng, Wang Wuxiu, Shao Chen, Wu Hui, Hesam Askari, Sobhit Singh und Stephen M. Wu, 23. November 2023, „Nature – Electronics“.
DOI:10.1038/s41928-023-01071-2
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily