Этот шаг побудил Китай вложить значительные средства в технологии для замены этого оборудования и разработки новых деталей, и с тех пор он добился массового производства чипов для хранения данных, сломав монополию иностранных производителей в отрасли.
В результате цена на чипы хранения данных резко упала в прошлом году, в некоторых случаях до 90 процентов. Эти чипы хранения используются для компьютерной памяти, автомобильной памяти, твердотельных накопителей, USB-накопителей и флэш-памяти смартфонов.
Сегнетоэлектрические материалы являются одними из наиболее идеальных для изготовления чипов хранения данных из-за их низкого энергопотребления, возможности чтения без потерь и быстрой записи.
Сегнетоэлектричество позволяет этим материалам быстро переключать состояния под действием электрического поля — процесс, известный как поляризация, — который остается стабильным даже после снятия поля. Это можно сравнить с формой постоянной быстрой памяти.
Эти материалы уже используются в технологиях хранения данных, датчиках и устройствах сбора энергии, а в будущем их можно будет использовать для создания серверов хранения данных или поддержки крупных центров обработки данных, что потенциально может повлиять на соперничество США и Китая за технологии искусственного интеллекта.
Но традиционные сегнетоэлектрические материалы, которые широко используются в коммерческих целях, такие как цирконат-титанат свинца или ЦТС, во время использования могут испытывать так называемую сегнетоэлектрическую усталость, что приводит к ухудшению характеристик и возможному выходу из строя.
Китайская команда решила решить эту проблему, улучшив структуру материала.
Исследование возглавил профессор Чжун Чжичэн из Института технологии материалов и инженерии Нинбо Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с профессором Лю Фуцаем из Университета электронных наук и технологий Китая в Чэнду, Сычуань, и профессором Ли. Вэньву из Университета Фудань в Шанхае.
Их результаты были опубликованы в рецензируемом журнале Science 7 июня.
В отдельном отчете на сайте CAS исследователи отметили, что сегнетоэлектрическая усталость вызвана дефектами материалов.
«Когда заряды текут во время процессов хранения и чтения, эти дефекты перемещаются и накапливаются, в конечном итоге блокируя процесс поляризации и приводя к выходу устройства из строя», — сказал Хэ Ри, доцент института CAS и первый автор исследования.
«Это похоже на то, как волны собирают в море мелкие камни, постепенно образуя большой риф, блокирующий течение волн».
Команда обнаружила, что проблема может быть решена, если сегнетоэлектрические материалы будут построены слоями.
Используя моделирование на атомном уровне с помощью искусственного интеллекта, они обнаружили, что двумерные скользящие сегнетоэлектрические материалы в целом смещаются во время переноса заряда, когда их помещают под электрическое поле. Это предотвращает движение и накопление заряженных дефектов, что позволяет избежать усталости.
Команда разработала двумерный слоистый материал толщиной в нанометр, который они назвали 3R-MoS2. Нанометр примерно в 100 000 раз меньше диаметра человеческого волоса.
«Лабораторные испытания показали, что 3R-MoS2 не продемонстрировал никакого снижения производительности после миллионов циклов, что позволяет предположить, что устройства хранения данных, изготовленные из этого нового двумерного скользящего сегнетоэлектрического материала, не имеют ограничений на чтение/запись», — говорится в отчете CAS.
«Это означает, что в то время как традиционные сегнетоэлектрики ионного типа, такие как ЦТС, допускают десятки тысяч циклов чтения/записи, устройства хранения данных, изготовленные из нового двумерного слоистого скользящего сегнетоэлектрика, не имеют такого ограничения», — цитировали его. говоря.
Без ограничений на чтение/запись чипы хранения данных, изготовленные из этого материала, будут чрезвычайно долговечны, и это, по мнению ученых, сделает их идеальными для использования в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая и глубоководная разведка.
А учитывая, насколько мал материал, он значительно увеличит плотность хранения в крупномасштабных приложениях, таких как центры обработки данных.
В предыдущем исследовании институт CAS разработал новый материал, сочетающий эластичность и сегнетоэлектричество, который, как они обнаружили, устойчив как к механической, так и к сегнетоэлектрической усталости. Целью было использовать его в носимых электронных устройствах, но он оказался не таким прочным, как новейший материал.
Между тем, новое исследование исследователей из Массачусетского технологического института и Корнелльского университета рассмотрело потенциал многослойных материалов для чипов хранения данных на основе нитрида бора. Их результаты также были опубликованы в журнале Science 7 июня.