Έχετε νιώσει ποτέ το smartphone σας να ζεσταίνεται μετά από έντονη χρήση ή την μπαταρία του να εξαντλείται την πιο ακατάλληλη στιγμή; Ένας βασικός λόγος για αυτό είναι τα ηλεκτρονικά κυκλώματα και η μνήμη στο εσωτερικό της συσκευής, τα οποία καταναλώνουν ενέργεια και εκλύουν θερμότητα κατά τη λειτουργία τους.
Στο πιο βασικό επίπεδο, η μνήμη των υπολογιστών αποθηκεύει πληροφορίες ως 0 και 1 ελέγχοντας πόσο εύκολα μπορεί να περάσει το ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από ένα υλικό. Εάν οι επιστήμονες μπορέσουν να σχεδιάσουν μνήμη που απαιτεί πολύ λιγότερο ηλεκτρισμό, θα μπορούσαν να μειώσουν δραματικά τις ενεργειακές απαιτήσεις των τηλεφώνων, των υπολογιστών και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών.
Μια ιδέα που στοχεύει στην επίλυση αυτού του προβλήματος χρονολογείται από το 1971, όταν οι ερευνητές πρότειναν τη σιδηροηλεκτρική σήραγγα (FTJ). Αυτός ο τύπος μνήμης βασίζεται στη σιδηροηλεκτρικότητα, μια ιδιότητα κατά την οποία η εσωτερική ηλεκτρική πόλωση ενός υλικού μπορεί να αλλάξει. Όταν αυτή η πόλωση μεταβάλλεται, επηρεάζει την ευκολία ροής του ρεύματος, επιτρέποντας στη συσκευή να αποθηκεύει δεδομένα.
Παρά τις υποσχέσεις της, τα παραδοσιακά υλικά που χρησιμοποιούνταν για αυτόν τον τύπο μνήμης αντιμετώπιζαν δυσκολίες καθώς οι συσκευές μίκραιναν. Η απόδοση συχνά έπεφτε καθώς τα εξαρτήματα γίνονταν μικρότερα, περιορίζοντας τις δυνατότητες της τεχνολογίας.
Μια βασική πρόοδος σημειώθηκε το 2011, όταν οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το οξείδιο του αφνίου, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό, θα μπορούσε να διατηρήσει την ηλεκτρική του πόλωση ακόμη και όταν είναι εξαιρετικά λεπτό. Βασιζόμενοι σε αυτό το εύρημα, ο καθηγητής Yutaka Majima και η ομάδα του στο Ινστιτούτο Επιστήμης του Τόκιο (Science Tokyo) ξεκίνησαν να αναπτύξουν μια εξαιρετικά μικρή συσκευή μνήμης με διάσταση μόλις 25 νανόμετρα, περίπου το ένα τρισχιλιοστό του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας.
Η σμίκρυνση της μνήμης σε αυτή την κλίμακα εισάγει μια σημαντική πρόκληση. Το ηλεκτρικό ρεύμα τείνει να διαρρέει μέσα από τα όρια μεταξύ των μικροσκοπικών κρυστάλλων στο υλικό, γεγονός που εμπόδιζε εδώ και καιρό την περαιτέρω σμίκρυνση. Αντί να προσπαθήσουν να αποφύγουν αυτό το ζήτημα, οι ερευνητές ακολούθησαν μια διαφορετική προσέγγιση. Έκαναν τη συσκευή ακόμη μικρότερη, γεγονός που μείωσε την επίδραση αυτών των κρυσταλλικών ορίων.
Ανακάλυψαν επίσης μια νέα μέθοδο κατασκευής θερμαίνοντας τα ηλεκτρόδια έτσι ώστε να σχηματίζουν φυσικά ένα ημικυκλικό σχήμα. Αυτός ο σχεδιασμός δημιούργησε μια δομή πιο κοντά σε έναν μοναδικό κρύσταλλο, πράγμα που σήμαινε ότι υπήρχαν λιγότερα όρια όπου θα μπορούσε να συμβεί διαρροή.
Συνδυάζοντας αυτόν τον δομικό σχεδιασμό με την ακραία σμίκρυνση, η ομάδα πέτυχε υψηλές επιδόσεις στη συσκευή της. Το πιο σημαντικό είναι ότι απέδειξαν κάτι απροσδόκητο: η μνήμη αποδίδει στην πραγματικότητα καλύτερα όσο γίνεται μικρότερη, ανατρέποντας μια μακροχρόνια παραδοχή στα ηλεκτρονικά.
«Η αμφισβήτηση αυτού που φαίνεται να είναι τα όρια της επιστήμης - όπως το "δεν μπορούμε να κάνουμε τα πράγματα μικρότερα" ή "θα χαλάσουν αν το κάνουμε" - είναι σαν να περπατάς στο σκοτάδι. Είναι ένας συνεχής αγώνας», δήλωσε ο Yutaka Majima, καθηγητής στο Science Tokyo. «Ωστόσο, αμφισβητώντας τις παραδοσιακές παραδοχές και εξερευνώντας νέους τρόπους για να ξεπεράσουμε αυτά τα εμπόδια, καταφέραμε να ανακαλύψουμε μια εντελώς νέα προοπτική».
Εάν αυτή η τεχνολογία μεταφερθεί στην πραγματική χρήση, θα μπορούσε να έχει ευρείες επιπτώσεις. Συσκευές όπως τα smartwatches θα μπορούσαν να λειτουργούν για μήνες με μία μόνο φόρτιση, και δίκτυα συνδεδεμένων αισθητήρων θα μπορούσαν να λειτουργούν χωρίς την ανάγκη συχνής αντικατάστασης μπαταριών. Στην τεχνητή νοημοσύνη (AI), αυτός ο τύπος μνήμης θα μπορούσε να υποστηρίξει ταχύτερη επεξεργασία χρησιμοποιώντας πολύ λιγότερη ενέργεια.
Πηγές: sciencedaily.com