摘要：研究人员表示，他们利用一种名为硒化铟 (In2Se3) 的独特材料，发现了一种降低相变存储器(PCM)能量需求的技术，相变存储器是一种无需恒定电源即可存储数据的技术，其能量需求最高可降低 10 亿倍。

科学家们可能意外地克服了顺利采用下一代数据存储技术的重大障碍。

研究人员表示，他们利用一种名为硒化铟 (In2Se3) 的独特材料，发现了一种降低相变存储器(PCM)能量需求的技术，相变存储器是一种无需恒定电源即可存储数据的技术，其能量需求最高可降低 10 亿倍。

研究人员在 11 月 6 日发表在《自然》杂志上的一项研究中表示，这一突破朝着克服 PCM 数据存储领域的最大挑战之一迈出了一步，可能为低功耗存储设备和电子产品铺平道路。

PCM 是通用内存的首选——计算内存，既可以替代随机存取存储器 (RAM) 等短期内存，也可以替代固态硬盘 (SSD) 或硬盘等存储设备。RAM 速度很快，但需要大量物理空间和恒定电源才能运行，而 SSD 或硬盘的密度要大得多，可以在计算机关闭时存储数据。通用内存结合了两者的优点。

它的工作原理是让材料在两种状态之间切换：晶体（原子整齐排列）和非晶体（原子随机排列）。这些状态与二进制 1 和 0 相关，通过状态切换对数据进行编码。

然而，用于切换这些状态的“熔融淬火技术”——涉及加热和快速冷却 PCM 材料——需要大量能源，这使得该技术成本高昂且难以规模化。在他们的研究中，研究人员找到了一种完全绕过熔融淬火过程的方法，即通过电荷诱导非晶化。这大大降低了 PCM 的能源需求，并可能为更广泛的商业应用打开大门。

宾夕法尼亚大学工程学院材料科学与工程教授、这项研究的作者Ritesh Agarwal在一份声明中表示：“相变存储设备尚未得到广泛应用的原因之一是所需的能量。”他说，这些发现对于设计低功耗存储设备的潜力是“巨大的”。

研究人员的发现取决于硒化铟的独特性质，这是一种兼具“铁电”和“压电”特性的半导体材料。铁电材料可以自发极化，这意味着它们可以在不需要外部电荷的情况下产生内部电场。相比之下，压电材料在接触电荷时会发生物理变形。

在测试这种材料时，研究人员发现，当材料暴露在连续电流下时，其部分会非晶化。更重要的是，这是完全偶然发生的。

“我当时真的以为我可能损坏了电线，”这项研究的共同作者、宾夕法尼亚大学工程学院材料科学与工程专业的前博士生Gaurav Modi在声明中说道。“通常情况下，你需要电脉冲来引发任何类型的非晶化，而这里连续的电流破坏了晶体结构，这是不应该发生的。”

进一步分析发现，半导体的特性会引发连锁反应。首先，电流会引起材料发生微小变形，从而引发“声学震动”——一种类似于地震期间的声波。然后，这种声波穿过材料，将非晶化扩散到微米级区域，研究人员将其比作雪崩积聚动量的机制。

研究人员解释称，硒化铟的多种特性（包括其二维结构、铁电性和压电性）共同作用，使冲击引发的非晶化过程能够以超低能量实现。他们在研究中写道，这可能为未来围绕“低功耗电子和光子应用的新材料和设备”的研究奠定基础。

阿加瓦尔在声明中表示：“这为研究当所有这些特性结合在一起时材料中可能发生的结构转变开辟了一个新领域。”

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来源：晓晨科技观察