Novi material bi lahko izboljšal učinkovitost računalniške obdelave in pomnilnika

The Choice is Ours (2016) Official Full Version (Junij 2019).

Anonim

Ekipa raziskovalcev, ki jo vodi Univerza v Minnesoti, je razvila nov material, ki bi lahko izboljšal učinkovitost računalniške obdelave in pomnilnika. Raziskovalci so vložili patent o gradivu s podporo podjetja Semiconductor Research Corporation, ljudje iz polprevodniške industrije pa so že zahtevali vzorce materiala.

Ugotovitve so objavljene v Nature Materials.

"Uporabili smo kvantni material, ki ga je v zadnjih nekaj letih privlačil industrija polprevodnikov, vendar jo je ustvaril na edinstven način, ki je privedel do materiala z novimi fizičnimi in spin-elektronskimi lastnostmi, ki bi lahko znatno izboljšali računalniško in pomnilniško učinkovitost, "je povedal vodilni raziskovalec Jian-Ping Wang, profesor McKnight University of Minnesota in katedrala Robert F. Hartmann iz elektrotehnike.

Novi material je v razredu materialov, imenovanih »topološki izolatorji«, ki so jih pred kratkim preučevale raziskovalne skupnosti fizike in materialov ter industrija polprevodnikov zaradi njihovega edinstvenega spin-elektronskega transporta in magnetnih lastnosti. Topološki izolatorji se običajno proizvajajo z enojnim kristalnim postopkom rasti. Druga pogosta tehnika izdelave uporablja proces, imenovan molekularni žarek epitaksija, v katerem se kristali gojijo v tankem filmu. Obe teh tehnik ni mogoče enostavno razširiti za uporabo v industriji polprevodnikov.

V tej študiji so raziskovalci začeli z bizmut selenidom (Bi2Se3), spojino bizmuta in selena. Nato so uporabili tehniko nanašanja tankega filma, imenovano »sputtering«, ki ga poganja zamenjava impulza med ioni in atomi v ciljnih materialih zaradi trkov. Čeprav je tehnika brizganja v industriji polprevodnikov pogosta, je to prvič, da se uporablja za izdelavo topološkega izolacijskega materiala, ki ga je mogoče razširiti za aplikacije polprevodniških in magnetnih naprav.

Vendar pa dejstvo, da je tehnika brizganja delovala, ni najbolj presenetljiv del poskusa. Nano-velika zrna manj kot 6 nanometrov v razpršeni topološki izolacijski plasti ustvarila nove fizikalne lastnosti materiala, ki je spremenil obnašanje elektronov v materialu. Po preskušanju novega gradiva so raziskovalci ugotovili, da je 18-krat bolj učinkovito pri računalniški obdelavi in ​​spominu v primerjavi s trenutnimi materiali.

"Ker se je zmanjšala velikost zrn, smo doživeli tisto, kar imenujemo" kvantna omejitev ", v kateri elektroni v materialu delujejo različno, kar nam daje večji nadzor nad vedenjem elektronov, " je povedal ko-avtor študije Tony Low, pomočnik univerze v Minnesoti profesor elektrotehnike in računalništva.

Raziskovalci so preučevali gradivo z uporabo edinstvene prenosne elektronske mikroskopije (TEM) z visoko ločljivostjo Univerze v Minnesoti, mikroskopski tehniki, v kateri se elektronski žarek pošilja preko vzorca za oblikovanje slike.

"Z uporabo našega naprednega optičnega branja TEM smo uspeli identificirati tiste zrnje z nano velikostjo in njihove vmesnike v filmu, " je povedal Andre Mkhoyan, profesor kemijskega inženirstva in strokovnjakov za elektroniko in mikroskopijo, univerza v Minnesoti.

Raziskovalci pravijo, da je to le začetek in da bi to odkritje lahko odprlo vrata za več napredka v industriji polprevodnikov in z njimi povezanih industrij, kot je tehnologija MRAM (magnetic random access memory).

"Z novo fiziko teh materialov bi lahko prišli veliko novih aplikacij, " je dejal Mahendra DC (Dangi Chhetri), prvi avtor časopisa in fizika doktor znanosti. študent v profesorju Wangovem laboratoriju.

Wang se strinja, da bi lahko ta vrhunska raziskava močno vplivala.

"Uporaba postopka brizganja za izdelavo kvantnega materiala, kot je topološki izolator na osnovi bizmut-selenida, je proti intuitivnim instinktom vseh raziskovalcev na terenu in dejansko ni podprt z nobeno obstoječo teorijo, " je dejal Wang. "Pred štirimi leti smo s pomočjo močne podpore družbe Semiconductor Research Corporation in agencije za napredne raziskovalne projekte za obrambo začeli z veliko idejo poiskati praktično pot za rast in uporabo topološkega izolacijskega materiala za prihodnje računalnike in pomnilniške naprave. eksperimentalno odkritje je privedlo do nove teorije za topološke izolacijske materiale.

"Raziskava je vse, da bi bila potrpežljiva in sodelovala s člani ekipe. Tokrat je bilo veliko izplačilo, " je dejal Wang.

menu
menu