【资料图】

剑桥大学的科学家们已经开发出一种新的计算机存储器原型，它可以使芯片的速度更快，可以容纳多达100倍的数据。该系统是由一种无序材料的薄膜之间的钡桥构成的。尽管目前的计算机技术可以很强大，但它有一些硬性限制。数据被编码为仅仅两种状态--一或零。而这些数据在计算机系统的不同部分进行存储和处理，因此需要来回穿梭，这就消耗了能源和时间。

但是，一种新兴的计算机内存形式，即所谓的电阻开关内存，被设计得更加高效。这种新的存储器不是将信息翻转到两种可能的状态中的一种，而是可以创造一个连续的状态范围。这是通过对某些类型的材料施加电流来实现的，这导致其电阻变得更强或更弱。这些电阻的微小差异的广泛范围创造了一系列可能的状态来存储数据。

该研究的第一作者Markus Hellenbrand博士说："例如，一个基于连续范围的典型U盘将能够容纳10到100倍的信息。"

在这项新的研究中，该团队开发了一个电阻式开关记忆装置的原型，该装置由一种叫做氧化铪的材料制成，这种材料已经在半导体行业中作为绝缘体使用。通常情况下，将其用于存储器是具有挑战性的，因为它在原子水平上没有结构--其铪和氧原子随机地混合在一起。但在这里，剑桥大学的研究人员发现，添加一种额外的成分有助于改变这种情况。

当钡被扔进混合物时，它在堆叠的氧化铪薄膜之间形成了垂直的"桥"。由于这些钡桥是高度结构化的，电子可以轻易地穿过它们。在桥与设备接触的地方产生了一个能量屏障，这个屏障的高度可以被控制，从而改变整个材料的电阻。这反过来又是对数据进行编码的原因。

Hellenbrand说："这允许材料中存在多种状态，而不像传统的存储器只有两种状态。这些材料真正令人兴奋的是它们可以像大脑中的突触一样工作：它们可以在同一个地方存储和处理信息，就像我们的大脑一样，这使得它们在快速增长的人工智能和机器学习领域具有很大的前景。"

研究人员说，他们的设备使用由钡桥连接的氧化铪薄膜，有一些优势可以帮助它走上商业化的道路。首先，这些结构可以在相对较低的温度下自我组装，这比许多其他设备需要的高温制造要容易。此外，这些材料已经在计算机芯片行业中广泛使用，因此将它们纳入现有的制造技术应该更容易。对这些材料的可行性研究将使科学家们能够调查它们在更大范围内的工作情况。

该研究发表在《科学进展》杂志上。

标签：