قزم الذاكرة مع كثافة هائلة

سجل الكثافة يفتح الطريق لذاكرة المستقبل

في صورة مجهر المسح الإلكتروني (أعلى) ، يكون قناع الظل مرئيًا في الأعلى والمكثفات النانوية أدناه © معهد ماكس بلانك للفيزياء الدقيقة
قراءة بصوت عال

نجح فريق بحثي في ​​إنتاج وحدات تخزين البيانات بكثافة تبلغ 176 مليار مكثف على بوصة مربعة - وهو رقم قياسي عالمي لهذه المادة. يسهل التحكم في نقاط الذاكرة هذه وتخزينها بشكل دائم. وبالتالي ، يمكن للرقائق المصنوعة من هذه المواد أن تحل محل الذاكرة المؤقتة الحالية ، كما قال الباحثون في مجلة Nature Nanotechnology.

سواء كانت مشغلات MP3 أو هواتف الكاميرا أو أنظمة التنقل أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة: يجب أن تكون سهلة الاستخدام ، ولكن المزيد والمزيد من الموسيقى أو الصور أو الأفلام أو الخرائط تخزنها وتعالجها بسرعة. لزيادة حجم الإلكترونيات مع جعلها أكثر قوة ، ستحقق الذاكرة الجديدة تقدمًا كبيرًا. إذا كان يمكنهم تخزين المعلومات بشكل دائم ولا يزالون يتعاملون مع البيانات بأسرع ما في الذاكرة التي يخزن بها الكمبيوتر البرامج التي يستخدمها حاليًا.

طور العلماء في معهد ماكس بلانك للفيزياء المجهرية ، وجامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) في كوريا ، ومعهد كوريا لبحوث المعايير والعلوم (KRISS) الآن طريقة لإنتاج مثل هذه المخازن الجديدة للبيانات المحشوة بإحكام يوضح ديتريش هيس ، الذي كان أحد المساهمين الرئيسيين في عمل فريق البحث كعالم في معهد ماكس بلانك للفيزياء الدقيقة في هال: "يمكن إنتاج مثل هذه الذاكرة غير المتقلبة بكل بساطة وكفاءة من خلال أسلوبنا".

ثنائيات أقطاب مصغرة كمفتاح

نقطة الانطلاق للتطور هي مادة تيتانات زركونات الرصاص المصنوعة من السيراميك والتي تنتمي إلى ما يسمى بالكهرباء الحديدية. تحتوي هذه المواد على ثنائيات أقطاب كهربائية دائمة في أصغر وحداتها. مقارنة بالأقطاب الشمالية والجنوبية للمغناطيس ، يمكن تبديل الأقطاب الموجبة والسالبة لثنائي القطب الكهربائي بشكل انتقائي - ولكن بشكل أسرع بكثير. لذلك ، يمكن لهذه المواد تخزين البيانات بشكل دائم مثل القرص الصلب ، ولكنها تعمل بسرعة مثل الذاكرة العاملة معها.

في حالة تيتانات الزركونات الرصاصية ، يحدث التغير في القطب ، على سبيل المثال ، عندما يتم تبديل أيون التيتانيوم في أصغر وحدة هيكلية بمساعدة مجال كهربائي خارجي. عند درجات حرارة تزيد عن 460 درجة مئوية ، يغير ثنائي القطب الاتجاه حتى بدون تدخل خارجي. عرض

المكثفات في القناع: يتيح فريق البحث الألماني الكوري أولاً أن تتدفق المكونات الخزفية (PZT) إلى الطبقة البلاتينية (Pt) من خلال استنسل مصنوع من الألومينا (أعلى) يبلغ سمكه حوالي 100 نانومتر فقط. ألقى العلماء بعد ذلك القليل من البلاتين لإجراء اتصال كهربائي مع السيراميك. معهد ماكس بلانك للفيزياء المجهرية

نمط مسدس حاسمة

لبناء 176 مليار مكثف من هذه المادة الكهروضوئية على بوصة مربعة ، صنع العلماء في البداية استنسل نحيف 100 نانومتر مصنوع من أكسيد الألومنيوم ، والذي يسهل اختراقه. للقيام بذلك ، قاموا بتأكسد فيلم الألومنيوم بشكل مؤكسد - وهي عملية تعرف باسم عملية إزالة الأكسدة ، والتي كانت تحمي مكونات الألمنيوم لعقود ، وتحول أدوات المائدة المصنوعة من الألومنيوم ، وكذلك بعض مشغلات MP3 ، إلى لمعان معدني غير لامع. في هذه العملية ، تميل المسام إلى تناول الطعام في الألومينا بنمط غير منظم.

ومع ذلك ، عن طريق اختيار درجة الحرارة ودرجة الحموضة والتركيب الكيميائي للأكسدة بعناية ، فإنها تجبر المسام في ترتيب سداسي يحيط به كل مسام من خلال ستة مسامات أخرى. ومع ذلك ، يتم تشويه النموذج السداسي إلى حد ما في بعض الأماكن ، مما يجعله غير قابل للاستخدام كقالب لتخزين البيانات. "إذا قمنا بإعادة هيكلة الألومنيوم بختم ، فإن المسام تقوم بترتيب نفسها بشكل منتظم" ، كما أوضح وو لي من شركة KRISS. يحمل الختم مليارات المربعات ، والتي تدفع بالمقابل العديد من الخدوش في الألمنيوم. هذه ، بدورها ، بمثابة نقاط للهجوم للأكسدة ، حيث يأكلون مسامهم في المواد.

بخار السيراميك على دعم البلاتين

مع قناع مثقب بدقة لم يتم الانتهاء من الشيء حتى الآن. قام العلماء في هالي بوضع الاستنسل على صفيحة تسخينها 650 درجة مئوية مصنوعة من أكسيد المغنيسيوم ، وهي مغلفة بالبلاتين وتكون بمثابة مادة حاملة. ثم يتبخرون تيتانيت الرصاص الزركوني مع حزمة ليزر في نسبة متوازنة تمامًا إلى أن تودع الخزانة 30 إلى 50 نانومتر في البلاتين. غطاء رفيع مصنوع من البلاتين يكمل المكثف ، حيث تعمل الطبقتان النبحتان كأقطاب كهربائية والسيراميك كعزل كهربائي.

حتى إزالة الاستنسل الشاش لا يمثل عقبة لا يمكن تجاوزها ، وعند القيام بذلك ، يجب على العلماء أن يتوخوا الحذر حتى لا ينكسر ويظل جزء معلقًا عند نقاط التخزين. مع القليل من المهارة وقطعة من Tesafilm ، إلا أنها تمكنت من تقشير القناع بسهولة. "ليس من الواضح تمامًا أن السندوتشات الفردية المصنوعة من البلاتين وتيتانات الزركونيت الرصاصية لا تلتصق بالمسام" ، يوضح هيس. "من المفترض أن المكثفات التي نتبخر عند درجة حرارة 650 مئوية تتقلص إلى حد ما عند التبريد قبل إزالة القناع في درجة حرارة الغرفة."

سجل كثافة التخزين

يمكن لمستودعات البيانات الجديدة من التعاون الألماني - الكوري تخزين 176 مليار بت لكل بوصة مربعة ، أي 27 مليار لكل سنتيمتر مربع - أكثر من كل الذكريات المماثلة في هذه الفئة المادية. يقول هيس: "إننا نقترب من كثافات تخزين بضعة تيرابايت ، وتريليونات من البتات ، لكل بوصة مربعة" ، ونأمل أن نتمكن من زيادة كثافة التخزين إلى أبعد من ذلك. "لذا فإن كثافات التخزين العالية هي شرط أساسي للقيام بذلك الذاكرة الدائمة تجد تطبيق أوسع. على سبيل المثال ، يمكن أن تجعل القرص الصلب والتشغيل البطيء على جهاز الكمبيوتر غير ضروري.

للاستخدام كتخزين ، تستوفي المكثفات النانوية متطلبًا إضافيًا: يمكن للعلماء التحكم بشكل انتقائي في كل نقطة تخزين ، على الرغم من أنها تفصل بينها 60 نانومتر فقط. وقال البروفيسور أولريش جوسيلي ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء المجهرية: "يوضح هذا العمل أنه حتى أساليب التصنيع غير التقليدية وحتى الآن التي لم يلاحظها أحد من المجالات المجاورة لأبحاث الإلكترونيات يمكن أن تحقق تقدمًا كبيرًا في البحث عن مفاهيم تخزين الحالة الصلبة عالية الكثافة".

(MPG ، 17.06.2008 - NPO)