Bộ nhớ biến đổi pha trở nên linh hoạt hơn

Ảnh chụp hiển vi điện tử màu giả này cho thấy ba ống nano carbon, mỗi ống có một tế bài pcm ở giữa. Các tế bào phía trên và phía dưới ở trạng thái “on”, còn tế bào ở giữa thì ở trạng thái “off”. (Ảnh: Feng Xiong và Alex Jerez)

Các chất liệu biến đổi pha đã được sử dụng để lưu trữ dữ liệu trên các đĩa re-write, nhưng yêu cầu công suất tương đối cao của chúng khiến chúng không thực tiễn cho việc sử dụng trong điện thoại di động cùng những dụng cụ di động khác. Nay các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa tìm ra một phương pháp làm giảm thể tích của chất liệu biến đổi pha trong một bit nhớ, cắt giảm nhu cầu công suất đi 100 bậc độ lớn so với những dụng cụ tốt nhất có mặt trên thị trường ngày nay.

Chất liệu biến đổi pha là chất liệu hoạt tính trên đĩa DVD re-write và thường chế tạo từ các chất chalcogenide như germanium antimony telluride – viết tắt là GST. Sử dụng những xung điện áp để tạo ra nhiệt, những chất liệu này chuyển qua lại giữa trạng thái vô định hình (“off”) và trạng thái kết tinh (“on”). Trạng thái vô định hình có điện trở rất cao và trạng thái kết tinh thì có điện trở rất thấp.

Nhanh hơn ổ Flash

Những trạng thái này đảm bảo một khi năng lượng đã ngắt, thì các chất liệu trên thật lí tưởng cho việc chế tạo bộ nhớ khó biến đổi tương tự như đĩa flash hoặc đĩa cứng. Ngoài ra, các pha có thể chuyển qua lại chỉ trong vài nano giây, nhanh hơn nhiều so với Flash. Tuy nhiên, cái khó là thường cần đến những mức công suất tương đối cao để chuyển qua lại giữa các trạng thái vô định hình và trạng thái kết tinh trong các bit nhớ GST.

Để giải quyết vấn đề này, Eric Pop và các cộng sự tại trường Đại học Illinois Urbana-Champaign đã sử dụng ống nano carbon để “xây nhà” cho các bit nhớ GST cỡ nano mét. Họ bằng cách tạo ra những khe trống nhỏ xíu bên trong ống nano, sử dụng một phương pháp gọi là đánh thủng điện. Kĩ thuật đơn giản này tạo ra những khe trống có kích cỡ biến thiên từ 20 đến 300 nm – thường trong phần giữa của ống nano. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu lấp đầy khe nano đó bằng một lượng nhỏ GST.

Dụng cụ trên ban đầu ở trạng thái off vì các bit GST khi lắng đọng là vô định hình, với điện trở cao chừng 50 MΩ. Khi thiết lập điện áp giữa hai đầu ống nano (tác dụng như một tiếp xúc hoặc một mối nối), thì một điện trường sinh ra trong khe nano và chuyển bit GST sang trạng thái kết tinh. Điện trở của pha kết tinh thấp hơn khoảng 100 lần, chừng 0,5 MΩ.

‘Tiêu thụ công suất cực thấp’

Sự chuyển trạng thái chỉ xảy ra trong lượng nhỏ chất liệu chứa bên trong khe nano. “Điều này có nghĩa là sự tiêu thụ năng lượng cực thấp so với các dụng cụ tiên tiến sử dụng các dây kim loại lớn hơn nhiều để kết nối chất liệu biến đổi pha”, Pop giải thích.

Theo các nhà nghiên cứu, những kết quả trên là rất quan trọng, bởi vì các chất liệu biến đổi pha là công nghệ triển vọng nhất trong việc thay thế bộ nhớ Flash ở máy tính xách tay, điện thoại di động và nhiều ứng dụng di động khác. “Sự giảm tiêu thụ công suất 100 lần có thể kéo dài tuổi thọ pin và tính di động nhiều lắm, và rốt cuộc còn có thể đưa đến nhiều ứng dụng mới lạ nữa”, đội nghiên cứu cho biết.

Mặc dù các nhà nghiên cứu Illinois đã làm giảm sự tiêu thụ công suất đi hai bậc độ lớn, nhưng có khả năng sẽ không thể đạt tới giới hạn cơ bản thấp hơn cho một công nghệ như vậy. “Chúng tôi sẽ tìm cách làm giảm thêm nữa công suất lập trình (chúng tôi nghĩ giảm thêm 10 lần nữa là có thể) và đồng thời cải thiện độ tin cậy lâu dài của các bit nhớ”, Pop phát biểu.

Nguồn: physicsworld.com

Bài trước | Bài kế tiếp