摘要：相变存储器 （PCM） 的新候选者结合了短期记忆和长期存储的优点，其功耗远低于以前确定的材料。 （图片来源：Getty Images/Yuichiro Chino）

研究人员的一个偶然发现可能会大大降低下一代内存技术所需的能源。

相变存储器 （PCM） 的新候选者结合了短期记忆和长期存储的优点，其功耗远低于以前确定的材料。 （图片来源：Getty Images/Yuichiro Chino）

科学家们可能无意中克服了顺利采用下一代数据存储技术的主要障碍。

研究人员表示，使用一种称为硒化铟 （In2Se3） 的独特材料，他们发现了一种将相变存储器 （PCM） 的能源需求降低多达 10 亿倍的技术——一种能够在没有恒定电源的情况下存储数据的技术。

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，这一突破是朝着克服 PCM 数据存储中最大挑战之一迈出的一步，可能为低功耗存储设备和电子设备铺平道路。

PCM 是通用内存的主要候选者，通用内存是可以替代短期内存（如随机存取存储器 （RAM））和存储设备（如固态驱动器 （SSD） 或硬盘驱动器）的计算内存。RAM 速度很快，但需要大量的物理空间和恒定的电源才能运行，而 SSD 或硬盘驱动器的密度要大得多，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。

它的工作原理是在两种状态之间切换材料：晶体（原子整齐有序）和非晶态（原子随机排列）。这些状态与二进制 1 和 0 相关，通过状态中的开关对数据进行编码。

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扩展。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，而是通过电荷诱导非晶化。这大幅削减了 PCM 的能源需求，并可能为更广泛的商业应用打开大门。

“相变存储设备尚未得到广泛使用的原因之一是由于所需的能源，”该研究的作者、宾夕法尼亚工程学院材料科学与工程教授 Ritesh Agarwal 在一份声明中说。他说，这些发现在设计低功耗存储设备方面的潜力是“巨大的”。

研究人员的发现取决于硒化铟的独特特性，硒化铟是一种同时具有“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，压电材料在受到电荷的影响时会发生物理变形。

在测试材料时，研究人员观察到，当它们暴露在连续电流下时，它的某些部分会变形。更重要的是，这完全是偶然发生的。

“我实际上认为我可能损坏了电线，”该研究的合著者、宾夕法尼亚工程大学材料科学与工程专业的前博士生高拉夫·莫迪 （Gaurav Modi） 在声明中说。通常，你需要电脉冲来诱导任何类型的非晶化，而这里的连续电流破坏了晶体结构，这不应该发生。

进一步的分析揭示了由半导体特性引发的连锁反应。这始于由电流引起的材料微小变形，从而触发“声学猛晃”——一种类似于地震期间地震活动的声波。然后，它穿过材料，以一种被研究人员比作雪崩聚集动量的机制在微米级区域传播非晶化。

研究人员解释说，硒化铟的各种特性——包括其二维结构、铁电性和压电性——共同作用，为由冲击触发的非晶化提供了超低能量途径。他们在研究中写道，这可能为围绕“用于低功耗电子和光子应用的新材料和器件”的未来研究奠定基础。

来源：爱娃爱健身的灵犀爸