Створено чип пам'яті, що витримує 700°C

Електроніка у вашому смартфоні, автомобілі чи супутнику має одну спільну слабкість - тепло. Як тільки температура переходить межу у 200°C, кремнієві компоненти починають виходити з ладу. Проте команда з Університету Південної Каліфорнії (USC) офіційно пробила цю термічну стелю.

Згідно з дослідженням, опублікованим в журналі Science, вчені під керівництвом професора Джошуа Янга (Joshua Yang) розробили пристрій пам'яті, який стабільно працює при 700°C. Це гарячіше за розплавлену лаву і значно перевищує поверхневу температуру Венери.

Новий пристрій є мемристором - компонентом, який може одночасно зберігати дані та виконувати обчислення. Дослідники сконструювали його як тришарову структуру. Верхній шар - з вольфраму (металу із найвищою температурою плавлення), середній шар (ізолятор) - кераміка з оксиду гафнію, а нижній шар - це графен (шар вуглецю товщиною в один атом).

У звичайних чіпах тепло змушує атоми металу «просочуватися» крізь ізолятор, створюючи коротке замикання. Але графен діє на вольфрам як «олія на воду»: атоми вольфраму просто не можуть зачепитися за поверхню графену, що запобігає руйнуванню чіпа навіть при пекельній спеці.

У результаті випробувань розроблений пристрій продемонстрував феноменальні характеристики, які раніше вважалися недосяжними для напівпровідників. Пам’ять зберігала дані понад 50 годин за температури 700°C без жодної потреби в оновленні (регенерації) інформації. Пристрій успішно витримав понад мільярд циклів перемикання в умовах екстремального нагріву. Попри пекельні умови, чип працював від напруги всього 1,5 В. Операційна швидкість пристрою становить десятки наносекунд, що робить його не лише витривалим, а й надзвичайно швидким.

Це рішення націлено на космічні місії, оскільки поверхня Венери (~460°C) знищувала кожен апарат, який туди сідав, протягом лічених годин. Нові чіпи дозволять будувати довговічні венероходи.

Також перспективним є напрямок геотермальної енергії з бурінням надглибоких свердловин, яке вимагає датчиків, здатних працювати там, де каміння світиться червоним. А у сфері ядерної енергетики системи керування зможуть працювати в зонах екстремального нагріву всередині реакторів.

Крім неймовірної витривалості, ці мемристори підходять для напрямку штучного інтелекту. Понад 92% обчислень у таких системах, як ChatGPT - це матричне множення. Звичайні процесори роблять це крок за кроком, витрачаючи багато енергії. Мемристор робить це фізично, миттєво, за допомогою закону Ома.

«Цей тип пристрою може виконувати обчислення найбільш ефективним способом - на порядки швидше та з меншими витратами енергії», - зазначає професор Янг.

Вчені налаштовані реалістично: один лише чіп пам'яті не робить комп'ютер цілим. Потрібно розробити логічні схеми, здатні витримувати такі ж температури. Проте фундамент закладено: вольфрам та оксид гафнію вже стандартно використовуються у виробництві напівпровідників, а технології масового вирощування графену вже є в дорожніх картах TSMC та Samsung.