211service.com
Krok k superrychlé uhlíkové paměti
Grafen, plochá vrstva šestiúhelně uspořádaných atomů uhlíku, dokáže přenášet elektrony velmi rychle. To z něj udělalo slibný materiál pro vysokofrekvenční logické obvody, průhledné elektrody pro flexibilní ploché displeje a elektrody s velkou plochou pro ultrakondenzátory.
Jedničky a nuly: Nanesením feroelektrického materiálu na grafen vědci přiměli grafen k udržení dvou různých úrovní elektrické vodivosti, které by mohly sloužit jako bity 1 a 0 v paměti počítače.
Nyní vědci z National University of Singapore vyrobili počítačová paměťová zařízení využívající grafen. Toto je první krok k paměti, která by mohla být mnohem hustší a rychlejší než magnetická paměť používaná v dnešních pevných discích. Vědci vyrobili stovky prototypů grafenových paměťových zařízení a podle nich fungují spolehlivě Barbaros Ozyilmaz , profesor fyziky, který vedl práci prezentovanou na nedávném setkání Americké fyzikální společnosti v Pittsburghu. Grafen změní elektronický průmysl, říká. Chyběl způsob, jak využít grafen jako paměťový prvek. Dosud nebyl téměř žádný zájem, protože to nebylo [myšleno] proveditelné.
Klíčem k výrobě paměťových prvků je materiál, který může mít dva různé stavy. Je to proto, že paměť počítače je uložena jako dva bity: 1 a 0. Pevné disky také musí být energeticky nezávislé, což znamená, že materiál by měl být schopen udržet si tyto stavy bez potřeby napájení. Dnešní pevné disky jsou vyrobeny z magnetických slitin kobaltu a bity ukládají jako jedna ze dvou magnetických orientací malé oblasti na disku.
Özyilmaz a jeho kolegové přišli na snadný způsob, jak zajistit, aby si grafen držel dvě různé úrovně vodivosti neboli odporu. Přepínání mezi těmito úrovněmi vyžaduje použití a odstranění elektrického pole. Vědci nanesou na grafen tenkou vrstvu feroelektrického materiálu. Feroelektrika má vlastní elektrické pole a aplikace napětí mění směr pole. Feroelektrické pole pomáhá grafenu udržovat jeho vodivost. A, vysvětluje Özyilmaz, můžeme změnit polarizaci feroelektrika, což zase změní vodivost grafenu.
Nová myšlenka paměti je vzrušující, protože je velmi jednoduchá, říká André Geim , profesor fyziky na University of Manchester ve Velké Británii, který jako první izoloval grafenové listy z grafitu. Feroelektrika je dobře známá. Je také známo, že elektrické pole mění odpor grafenu obvykle 10krát. [Özyilmaz] kombinuje tyto dvě velmi dobře známé skutečnosti.
Grafenová paměť by měla oproti dnešní magnetické paměti významné výhody. Bity lze číst 30krát rychleji, protože elektrony se rychle pohybují grafenem. Paměť by navíc mohla být hustší. Bitové oblasti na pevných discích mají v současnosti průměr několika desítek nanometrů. Při hustotách 1 terabit na čtvereční palec budou mít průměr asi 25 nanometrů, což je příliš malé na to, aby udržely směr magnetizace. S grafenem by se bity mohly zmenšit na 10 nanometrů nebo ještě méně. Paměťová zařízení by ve skutečnosti fungovala lépe s menšími grafenovými plochami. Vědci ze Stanfordské univerzity prokázali, že řezání grafenu na pásky o šířce několika nanometrů zvyšuje rozdíl mezi jeho dvěma stavy vodivosti.
Nové prototypy paměťových zařízení jsou však rudimentární. Singapurští vědci vzali grafenové vločky, které jsou 2 mikrometry široké, a umístili je na křemík. Poté nanesou zlaté elektrody a přidají vrchní vrstvu feroelektrika. Özyilmaz říká, že doba načítání zařízení je pětkrát rychlejší než současná magnetická paměť. Výzkumníci mohou přepínat grafen mezi jeho dvěma vodivostmi 100 000krát – praktická paměťová zařízení procházejí miliony cyklů.
Toto není první pokus o vytvoření grafenové paměti. V srpnu 2008 Písmena elektronových zařízení IEEE papír, výzkumníci z německé nanotechnologické společnosti MILOVAT popsal zařízení, která uměla přepínat mezi dvěma stavy vodivosti pomocí elektrického pole. Mohli bychom zacyklit 20 až 30krát, ale ne desetitisíckrát, říká fyzik Max Lemme, hlavní autor článku. Lemme spekuluje, že hydroxylové skupiny a vodík připojené k povrchu grafenu se při použití proudu oddělují a mění vodivost listu. Proč si grafenové desky přesto udržují svou vodivost, když je napájení vypnuto, není dobře pochopeno.
Geim, který se podílel na práci AMO, říká, že když neznáte mechanismus, je těžké posoudit, zda můžete v zásadě zajistit, aby byl tento mechanismus spolehlivý, aby byl reprodukovatelný na mnoha zařízeních stejným způsobem. S přístupem singapurských výzkumníků však známe fyziku za tím a její omezení. Se známými základy to vypadá jako velmi dobrý nápad.