摘要：随机存取存储器（RAM）以其快速的数据读写速度而著称，在计算机运行过程中扮演着至关重要的角色，能够确保计算机系统的流畅运行和快速响应。然而，其致命的弱点在于需要大量的物理空间来构建存储单元，并且对持续的电源供应有着极高的依赖性。一旦电源中断，存储在 RAM 中
在当今数字化飞速发展的时代，数据存储技术始终是推动信息技术进步的关键驱动力之一。随着数据量呈爆炸式增长，对于高效、低功耗且大容量的数据存储解决方案的需求变得愈发迫切。传统的数据存储设备，如随机存取存储器（RAM）和固态硬盘（SSD）或硬盘，各自存在着明显的优缺点，难以满足日益增长的多元化需求。
随机存取存储器（RAM）以其快速的数据读写速度而著称，在计算机运行过程中扮演着至关重要的角色，能够确保计算机系统的流畅运行和快速响应。然而，其致命的弱点在于需要大量的物理空间来构建存储单元，并且对持续的电源供应有着极高的依赖性。一旦电源中断，存储在 RAM 中的数据便会瞬间丢失，这使得它只能作为短期存储介质使用。
与之相对的固态硬盘（SSD）或硬盘，则在存储密度方面具有显著优势，能够在相对较小的物理空间内存储海量的数据。更为重要的是，它们具备非易失性，即在计算机关闭或电源故障的情况下，数据依然能够得以长期保存。但 SSD 或硬盘的读写速度相较于 RAM 明显较慢，这在一定程度上限制了计算机系统的整体性能，尤其是在处理对数据实时性要求较高的任务时，这种性能瓶颈表现得尤为突出。
在这样的背景下，通用存储器的概念应运而生，成为了下一代数据存储技术的研究热点和理想目标。通用存储器旨在融合 RAM 和 SSD 或硬盘的优势，既拥有快速的数据读写速度，又具备高存储密度和非易失性，从而能够在各种计算场景中实现高效、可靠的数据存储和处理。相变存储器（PCM）作为通用存储器的领先候选者之一，其工作原理是基于在两种不同的材料状态——晶体状态（原子整齐有序排列）和非晶态（原子随机排列）之间进行切换。通过将这两种状态对应于二进制的 1 和 0，实现数据的编码和存储。当需要读取或写入数据时，通过特定的技术手段改变材料的状态，从而完成数据的操作。
然而，长期以来，PCM 技术在发展过程中面临着一个极为严峻的挑战，那就是实现状态切换所需的“熔融 - 淬火技术”。该技术需要对 PCM 材料进行加热并使其快速冷却，以实现晶体态和非晶态之间的转变。但这一过程需要消耗大量的能量，不仅导致了数据存储成本的大幅增加，而且使得 PCM 技术难以在大规模商业应用中进行推广和扩展。高昂的成本和有限的扩展性成为了 PCM 技术走向广泛应用的主要障碍，严重制约了通用存储器的发展进程。
就在整个数据存储技术领域都在为攻克这一难题而苦苦探索之际，一项“意外发现”为解决 PCM 技术的困境带来了新的曙光。宾夕法尼亚大学的研究团队在使用一种名为铟硒化物（In2Se3）的独特材料进行实验研究时，取得了令人瞩目的突破。铟硒化物是一种具有特殊物理性质的半导体材料，它同时具备“铁电”和“压电”特性。铁电材料的独特之处在于能够自发极化，即在没有外部电荷作用的情况下，自身内部就能够产生电场。这种自发极化特性使得材料在微观层面上具有一种内在的稳定性和有序性，为其在数据存储应用中的潜在价值奠定了基础。
而压电材料则在受到外部电电荷作用时会发生物理变形，这种变形特性与电信号之间存在着紧密的关联，为实现电 - 机械相互转换提供了可能。研究人员在对铟硒化物进行测试的过程中，偶然观察到了一个令人意想不到的现象：当这种材料暴露于连续电流时，部分材料竟然会发生非晶化现象。这一现象与传统的 PCM 材料非晶化机制截然不同，完全违背了他们最初的预期。
据研究团队相关人员描述，当时参与实验的人员曾一度以为是实验设备出现了故障，因为按照常理，通常需要电脉冲才能诱导材料的非晶化，而此次在连续电流的作用下，晶体结构却遭到了破坏，这是不应该发生的情况。这一意外发现立即引起了研究团队的高度关注，他们敏锐地意识到这可能是解决 PCM 能量需求问题的关键线索。
随后，研究人员对这一现象展开了深入细致的分析和研究。他们发现，这一非晶化过程是由铟硒化物的半导体属性所触发的一系列连锁反应。首先，当电流通过材料时，会引起材料的微小变形，这种变形虽然极其细微，但却足以触发一个类似于地震期间产生的声波的“声学急动”。这个“声学急动”就像是一个起始信号，它会在材料内部迅速传播开来，如同涟漪在水面上扩散一般。在传播过程中，它会带动周围的原子发生位移和重新排列，从而将非晶化现象逐渐扩散到微米级的区域。研究人员形象地将这种机制比作是雪崩积聚动量的过程，一旦触发，便会以一种不可阻挡的态势发展下去。
进一步的研究表明，铟硒化物的多种属性——包括其二维结构、铁电性和压电性——在这一过程中相互协同作用，共同为非晶化过程提供了一条超低能量的路径。这种超低能量路径的发现，彻底绕过了传统 PCM 技术中耗能巨大的“熔融 - 淬火过程”，从而实现了将 PCM 的能量需求降低至原来的十亿分之一的惊人突破。这一突破不仅大幅降低了数据存储的能耗成本，而且为 PCM 技术在更广泛的商业应用领域中打开了大门，使得通用存储器的大规模普及和应用成为了可能。
宾夕法尼亚工程的材料科学与工程教授 Ritesh Agarwal 也曾提及，相变存储器设备一直未能得到广泛应用的主要原因之一便是其所需的能量过高，而此次的发现对于设计低功耗存储设备有着巨大的潜力。这一成果无疑为数据存储技术领域注入了新的活力，为未来低功耗电子和光子应用的新材料和设备的研发开辟了广阔的前景。它不仅将对计算机存储技术产生深远的影响，还可能在智能手机、物联网设备、云计算等众多领域引发一场数据存储技术的革命，推动整个信息技术产业迈向一个新的发展阶段。
随着这一突破的出现，我们有理由相信，在不久的将来，数据存储技术将迎来一次全新的变革，更加高效、低功耗、大容量的数据存储设备将逐渐走进我们的生活，为我们的数字化世界提供更加强有力的支持和保障。
来源：V科技搬砖工
