محققان دانشگاه پنسیلوانیا، اولین افزاره‌های نانوسیمی -که می‌توانند اطلاعات را برای مدت طولانی ذخیره کنند و زمان خواندن و نوشتن آنها نیز هزار برابر کمتر از حافظه‌های قابل حمل موجود است- را توسعه داده‌اند. این محققان ادعا می‌کنند که این حافظه‌های نانوسیمی می‌توانند جایگزین حافظه‌های FLASH شوند که هم‌اکنون در همه افزاره‌های الکترونیکی قابل حمل به کار می‌روند.
ساخت افزاره‌های ذخیره اطلاعات با کمک نانوسیم‌ها
محققان دانشگاه پنسیلوانیا، اولین افزاره‌های نانوسیمی -که می‌توانند اطلاعات را
برای مدت طولانی ذخیره کنند و زمان خواندن و نوشتن آنها نیز هزار برابر کمتر از
حافظه‌های قابل حمل موجود است- را توسعه داده‌اند. این محققان ادعا می‌کنند که این
حافظه‌های نانوسیمی می‌توانند جایگزین حافظه‌های FLASH شوند که هم‌اکنون در همه
افزاره‌های الکترونیکی قابل حمل به کار می‌روند.
مواد تغییر– فاز که می‌توانند به‌صورت برگشت‌پذیری
بین حالت‌های بلوری و بی‌شکل تغییر وضعیت دهند، کاندیداهای مناسبی برای توسعه
افزاره‌های ذخیره حافظه غیر فراری هستند که هم سرعت خواندن و نوشتن بالا و هم چگالی
ذخیره بالایی دارند. حافظه تغییر– فاز با دیگر حافظه‌های نیمه‌هادی تفاوت اساسی
دارد؛ زیرا اطلاعات به دلیل تغییرات در مقاومت الکتریکی و نه تحت نفوذ درآوردن
مقادیر کوچک بار، ذخیره می‌شوند. مشکل اصلی این حافظه‌ها این است که در فرایند ساخت
این مواد داخل نانوساختارها، اغلب خواص مفید آنها صدمه می‌بیند.
یک راه برای حل این مشکل، استفاده از مواد تغییر– فاز مبتنی بر نانوسیم خودآرا است،
زیرا آنها می‌توانند با استفاده از فرایندهای آسانِ حکاکی که در آنها نانوسیم صدمه
نمی‌بیند، ساخته شوند. اکنون ریتش آگاروال و همکارانش در دانشگاه پنسیلوانیا نشان
داده‌اند که حافظه‌های نانوسیمی ساخته‌شده‌از تلورید آنتیموان ژرمانیوم
(Ge2Sb2Te5)، می‌توانند اطلاعات را برای صد هزار سال ذخیره کنند. همچنین، اطلاعات
می‌توانند با سرعت‌های کمتر از ۵۰ نانوثانیه روی این افزاره‌ها نوشته و پاک شوند و
آنها برای کار کردن فقط به توان ۷/۰ میلی وات نیاز دارند.
آگاروال گفت: «افزاره‌های ما بسیار کارامدتر، سریع‌تر و کوچک‌تر از افزاره‌های فیلم–
نازک مرسوم هستند. افزاره‌های مرسوم، به‌دلیل صدمه دیدن مواد در فرایندهای ساخت،
نمی‌توانند کوچک‌تر از صد نانومتر شوند».
این محققان نانوسیم‌ها را به‌وسیله یک فرایند خودآرایی آزاد – لیتوگرافی ساخته‌اند.
قطر این نانوسیم‌ها ۳۰ نانومتر و طول آنها ده میکرومتر بود. آنها سپس افزاره‌های
حافظه را با تنظیم تماس‌های الکتریکی نانوسیم‌های منفردِ آرایش‌یافته روی بسترهای
سیلیکونی، ساختند. این افزاره‌ها با سوئیچ‌کردن بین فازهای بی‌شکل و بلوری کار می‌کنند.
فاز بلوری مقاومت کمتری (مطابق با حالت صفر منطقی) دارد، این در حالی است که فاز بی‌شکل
از مقاومت بالاتری (مطابق با حالت یک منطقی) برخوردار است.
این سوئیچ‌کردن با استفاده از یک پالس الکتریکی شدید اما کوتاه، که نانوسیم را تا
بالای دمای ذوب گرم می‌کند، انجام می‌شود. بلافاصله بعد از قطع پالس، اتم‌ها در
موقعیت‌های تخریب شده در نانوسیم ثابت می‌شوند و فاز بی‌شکل را تشکیل می‌دهند. برای
پاک کردن این حالت، فاز بی‌شکل با به کار بردن یک پالس دیگر با بزرگی کمتر، به فاز
بلوری برمی‌گردد. این پالس برای ذوب کردن نانوسیم خیلی کم است، اما به قدری طولانی
است که اتم‌ها برای آرایش مجدد و پیدا کردن موقعیت‌های شبکه بلوری و اصلی خودشان،
زمان کافی داشته باشند.
بیشتر حافظه‌های نانومقیاس دارای سرعت‌های سوئیچ کردن آهسته و زمان‌های خیلی کوچک
نگهداری اطلاعات (کمتر از چند ساعت تا چند ماه) هستند. آنها همچنین حاشیه‌های حسگری
کوچک دارند (نسبت جریان بین دو حالت کوچک است) و هیچ کدام از خواص مستقل از اندازه،
را نشان نمی‌دهند. آگاروال می‌گوید: «در نانوسیم‌های ما سازوکار مبتنی بر تغییرشکل
کاملاً قابل تشخیص است. همچنین افزاره ما همه مشخصات یک افزاره حافظه‌ایده‌ال را از
قبیل سرعت، کوچکی، سوئیچ کردن قابل اطمینان، نسبت‌های مقاومت بزرگ‌تر از صد و ذخیره
طولانی‌مدت، را داراست».
او باور دارد که این افزاره‌ها می‌توانند جایگزین حافظه‌های FLASH شوند که هم‌اکنون
در افزاره‌هایی از قبیل دوربین دیجیتال، PDAs و iPods به کار می‌روند. همچنین
می‌توان در رایانه‌ها از آنها استفاده کرد. او اضافه کرد: « DRAM و SRAM موجود در
رایانه‌های کنونی، سریع و دارای چگالی ذخیره بالا هستند؛ اما فرّار هستند؛ یعنی
اطلاعات خود را بعد از قطع برق از دست می‌دهند. افزاره‌های ما می‌توانند زمان
انتقال اطلاعات را حذف کرده، زمان بوت کردن رایانه را تا حد چند ثانیه کاهش دهند.
یک فایل تصویری یا گرافیکی سنگین ممکن است فوری باز شود و فایل‌های تصویری با وضوح
بالا هم می‌توانند در فضاهای خیلی کوچک ذخیره و بدون اتلاف زمان برای بافر کردن
اطلاعات، اجرا شوند.
نتایج این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده‌است.
