Память на века: китайские ученые создают «вечный» чип

Китайские ученые объявили о создании инновационного ферроэлектрического материала, который может обеспечить чипам хранения данных практически бесконечный срок службы. Этот новый тип материала может существенно сократить затраты на эксплуатацию дата-центров и найти применение в глубоководных исследованиях и аэрокосмической отрасли.

Ферроэлектрические материалы широко используются в производстве чипов для хранения данных и сенсоров, что особенно важно в условиях технологического противостояния между США и Китаем. В 2022 году крупнейший китайский производитель чипов памяти, Yangtze Memory Technologies Co , был включен в черный список США, что запрещает компании приобретать американское оборудование для производства чипов. Это побудило Китай инвестировать значительные средства в разработку и производство собственных технологий, что позволило стране выйти на массовое производство чипов, разрушив монополию иностранных производителей.

За последний год цены на чипы памяти снизились до 90%, что существенно отразилось на стоимости компьютерной памяти, автомобильных чипов, твердотельных накопителей, USB-накопителей и флеш-памяти для смартфонов.

Ферроэлектрические материалы считаются идеальными для производства чипов благодаря низкому энергопотреблению, безубыточному чтению и высокой скорости записи. Эти материалы могут быстро переключаться между состояниями под действием электрического поля, сохраняя стабильность даже после его удаления.

Однако традиционные ферроэлектрические материалы, такие как титанат цирконата свинца (PZT), подвержены ферроэлектрическому усталостному износу, что приводит к снижению производительности и выходу из строя устройств.

Китайские ученые решили эту проблему, улучшив структуру материала. Исследование было проведено под руководством профессора Чжун Чжичэна из Института технологий и инженерии материалов Нинбо Китайской академии наук в сотрудничестве с профессором Лю Фуцаем из Университета электронных наук и технологий Китая и профессором Ли Вэньву из Фуданьского университета. Их результаты были опубликованы в журнале Science.

В своем отчете ученые объяснили, что усталостный износ материалов вызван дефектами, которые накапливаются во время процессов хранения и чтения данных, блокируя процесс поляризации.

Команда добилась прорыва в области хранения данных, открыв новый класс ферроэлектрических материалов, свободных от проблемы усталости. Традиционные ферроэлектрические материалы со временем деградируют из-за накопления заряженных дефектов, что ограничивает количество циклов чтения/записи данных.

Используя ИИ-ассистированные атомные симуляции, исследователи выяснили, что создание ферроэлектриков в виде двумерных скользящих слоев может предотвратить это нежелательное явление. На основе этого открытия они разработали нанометрический двухслойный материал 3R-MoS2.

Испытания продемонстрировали потрясающую стойкость нового материала - он не проявлял признаков деградации даже после миллионов циклов чтения/записи. "Это означает отсутствие ограничений на количество операций с данными, в отличие от традиционных ферроэлектриков, допускающих лишь десятки тысяч циклов", - пояснил профессор Хэ Жи, руководивший исследованием.

Благодаря своей беспрецедентной долговечности 3R-MoS2 может использоваться для хранения информации в экстремальных средах, например, в аэрокосмической и глубоководной отраслях. Кроме того, наноразмеры материала позволят значительно увеличить плотность хранения данных в масштабах целых дата-центров.

Таким образом, новаторское открытие китайских ученых не только открывает путь к созданию передовых технологий хранения информации, но и подчеркивает важность фундаментальных исследований в условиях технологической гонки между ведущими мировыми державами.