在現(xiàn)代的計算機(jī)內(nèi)存技術(shù)里，速度和存儲的持久性猶如魚與熊掌不可兼得。RAM(隨機(jī)訪問存儲)速度快，但是東西存放不久;硬盤或閃存則相反，東西可以存放很久，但是訪問速度相對較慢。不過《自然通訊》今天介紹的一種原型存儲設(shè)備卻打破了這種限制，這種設(shè)備通過電子存儲及與太陽能電池相同的讀取技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)了訪問速度快、數(shù)據(jù)存放久及耗電低這三大優(yōu)點。
這項原型設(shè)備由加州大學(xué)伯克利分校的材料科學(xué)家Ramamoorthy Ramesh以及新加坡南洋大學(xué)的氧化材料專家Junling Wang聯(lián)合建造，他們采用的材料名為鐵酸鉍。
傳統(tǒng)的計算機(jī)內(nèi)存中，信息是存放在保持有不同數(shù)量電荷的單元里的，每一個分別代表了二進(jìn)制的“1”或“0”。相比之下，鐵酸鉍卻用兩種極化狀態(tài)之一來表示那些數(shù)位，而且在電壓加載時進(jìn)行狀態(tài)切換，這種特性被稱為鐵電性。基于其他材料的具有鐵電性的RAM已經(jīng)投放市場了。這種RAM速度很快，但是應(yīng)用卻沒有得到推廣。其中一
兩位研究人員意識到他們可以利用鐵酸鉍的另一項優(yōu)點來避免破壞性的內(nèi)存讀取。2009年，美國羅格斯大學(xué)的研究人員演示了這種材料對于可見光具有光電響應(yīng)特性—即只要有光照到這種材料上它就會產(chǎn)生電壓。電壓的大小取決于材料所處的極化狀態(tài)，而且可以利用電極或晶體管讀取。至關(guān)重要的是，這種材料被光照射后并不會改變極性，所以存放在上面的數(shù)據(jù)也就不會被刪除掉。
為了測試光電型鐵電存儲器是否行得通，Ramesh和Wang在金屬氧化物表面上鍍了一層鐵酸鉍膜，然后將其蝕刻為4條，在這四條蝕刻條上面他們又直角交叉搭上四根金屬條。交叉出來的16個方格每一個都充當(dāng)了一個內(nèi)存單元，而金屬和金屬氧化物則充當(dāng)電極。研究小組利用電極來極化這些內(nèi)存單元，然后用光線照射它們，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們生成了兩種電壓讀數(shù)，一正(1)一負(fù)(0)。
這些內(nèi)存單元的讀寫用時不到10納秒，而記錄這些數(shù)據(jù)的電壓只需3伏。相對而言，目前領(lǐng)先的非易失性RAM技術(shù)—閃存的讀寫時間是其10000倍，而記錄所需電壓為15V。
變小
主持羅格斯大學(xué)2009年那項研究的凝聚態(tài)物理學(xué)家Sang-Wook Cheong說，這是鐵電廣生伏打效應(yīng)朝著技術(shù)應(yīng)用邁出的重要一步。
半導(dǎo)體研究公司的材料專家Victor Zhirnov則說，這項技術(shù)需要在小型化上取得更大突破才能具有競爭性。商用閃存的組件可以小至22毫微米，而這款原型所用的材料卻有10微米之寬。唯有把尺寸做小才能提高內(nèi)存容量，從而降低造價。
Ramesh說，把原型設(shè)備做小不存在根本性的障礙，但是實踐性挑戰(zhàn)是有的。
此外，目前原型設(shè)備是整體照射的，這種做法顯然缺乏實用。但是設(shè)計出能逐個照射內(nèi)存單元的系統(tǒng)是件麻煩事。因此工程師必須想辦法設(shè)計出可以單獨(dú)照射內(nèi)存單元的光學(xué)組件。
