قام العلماء في شركة IBM بتطوير تقنية جديدة على المستوى الذري لشحن شرائح الذاكرة

قدم الباحثون في شركة IBM لأول مرة إمكانية تغيير خصائص التوصيل لأكاسيد المعادن، بين الحالة العازلة والحالة الموصلة - من خلال إضافة أو إزالة أيونات الأكسجين، التي تعمل عن طريق تحفيز المجالات الكهربائية عند الواجهة مع الأكسيد السائل

سجل العلماء في مختبرات أبحاث شركة IBM طفرة في مجال هندسة المواد على المستوى الذري، مما قد يمهد الطريق لتطوير نوع جديد من رقائق الذاكرة والرقائق المنطقية، مع استهلاك طاقة أقل بكثير من الرقائق المعتمدة على السيليكون التي نستخدمها. على دراية. بدلاً من استخدام التيار الكهربائي، الذي يزود أشباه الموصلات بالطاقة حاليًا، اكتشف العلماء في شركة IBM طريقة جديدة لتشغيل الرقائق باستخدام شحنات أيونية صغيرة: إضافة أو إزالة الأيونات على المستوى الذري. تم الكشف عن تطور شركة IBM في العدد الجديد من المجلة العلمية Science.

تعتمد أجهزة الكمبيوتر التي نعرفها اليوم على أشباه الموصلات المنتجة في عمليات CMOS. وبعد أن تمكنت الصناعة لسنوات من مضاعفة الأداء كل عامين وخفض الأبعاد والتكاليف المطلوبة لحمل معالجة معين إلى النصف، فإن عمليات الإنتاج الحالية تقترب بسرعة من حدود الأداء التي تمليها قوانين الفيزياء. قد تكون هناك حاجة لحلول جديدة بالفعل في المستقبل القريب، من أجل توفير أداء عالي مع استهلاك تيار منخفض.

قدم الباحثون في شركة IBM لأول مرة إمكانية تغيير خصائص توصيل أكاسيد المعادن، بين الحالة العازلة والحالة الموصلة - من خلال إضافة أو إزالة أيونات الأكسجين، التي تعمل عن طريق تحفيز المجالات الكهربائية عند الواجهة مع الأكسيد السائل. . عندما تخضع مادة الأكسيد، وهي عازلة بطبيعتها، لتغيير في حالة الموصل، فإنها تحافظ على حالتها المعدنية حتى بعد إيقاف التيار الكهربائي. وتعني هذه الخاصية الثابتة أن الرقائق المبنية على هذا المبدأ المبتكر يمكنها تخزين ونقل البيانات بتنسيق أكثر كفاءة، بدلاً من مكونات الذاكرة الداخلية المعروفة اليوم والتي تتطلب الحفاظ على تيار مستمر.

إن القدرة على فهم المادة والتحكم فيها على المستوى الذري، تجعل من الممكن تصميم مواد ومكونات جديدة تعمل على أساس مبادئ مختلفة تمامًا عن تلك الخاصة بالتكنولوجيا القائمة على السيليكون التي نعرفها اليوم. إن الانتقال من المكونات التي تعتمد على التيار الكهربائي إلى تلك التي تعمل على أساس شحنات الأيونات الكهربائية بغرض التحكم في طبيعة المادة، يمثل إمكانية لتطوير أنواع جديدة من الأجهزة المحمولة. إن استخدام مثل هذه المكونات مع بنية مبتكرة للرقائق في هيكل ثلاثي الأبعاد، قد يزيل الخوف من الحواجز التكنولوجية التي من شأنها أن تمنع تطور الصناعة.
من أجل تقديم اختراقهم، قام باحثو IBM بتغطية مادة أكسيد عازلة - ثاني أكسيد الفاناديوم - بسائل إلكتروليتي مشحون بالأيونات الموجبة. حولت العملية المادة العازلة إلى حالة معدنية موصلة. وحافظت المادة على هذه الحالة حتى تم تعريضها لمحلول إلكتروليتي آخر مشحون بالأيونات السالبة، مما أدى إلى تحويلها مرة أخرى إلى حالتها المعزولة.

لسنوات عديدة، كان العلماء يبحثون عن مثل هذه المواد، التي يمكن أن تنتقل من حالة موصلة إلى حالة عازلة والعودة مرة أخرى. وخلافا للافتراضات السائدة حتى الآن، اكتشف البحث في شركة IBM أن حقن وإزالة الأكسجين في الأكسيد المعدني هو المسؤول عن التغيرات في حالة المادة، عند تعرضها لمجالات كهربائية عالية الكثافة.

كما تم في الماضي الانتقال من الحالة الموصلة إلى الحالة العازلة من خلال التغيرات في درجات الحرارة أو تطبيق الضغط الخارجي، في عمليات لا يمكن تطبيقها عمليا في عالم المكونات الإلكترونية.