La aparición de la inteligencia artificial y las técnicas de aprendizaje automático está cambiando el mundo drásticamente con aplicaciones novedosas como Internet de las cosas, vehículos autónomos, procesamiento de imágenes en tiempo real y análisis de macrodatos en la atención médica. En 2020, se estima que el volumen de datos globalllegará a 44 Zettabytes y seguirá creciendo más allá de la capacidad actual de los dispositivos de almacenamiento y computación. Al mismo tiempo, el consumo de electricidad relacionado aumentará 15 veces para 2030, absorbiendo el 8% de la demanda mundial de energía. Por lo tanto, se reducirá el consumo de energíay es urgente aumentar la velocidad de la tecnología de almacenamiento de información.
Investigadores de Berkeley dirigidos por el profesor Xiang Zhang, presidente de HKU, cuando estaba en Berkeley, en colaboración con el equipo del profesor Aaron Lindenberg en la Universidad de Stanford, inventaron un nuevo método de almacenamiento de datos: hacen que las capas impares se deslicen en relación con las capas pares en ditellurida de tungsteno, que tiene solo 3 nm de grosor. La disposición de estas capas atómicas representa 0 y 1 para el almacenamiento de datos. Estos investigadores hacen uso creativo de la geometría cuántica: curvatura de Berry, para leer información. Por lo tanto, esta plataforma de material funciona idealmente para la memoria, conoperación de 'escritura' y 'lectura'. El consumo de energía con este nuevo método de almacenamiento de datos puede ser más de 100 veces menor que el método tradicional.
Este trabajo es una innovación conceptual para los tipos de almacenamiento no volátiles y puede potencialmente traer una revolución tecnológica. Por primera vez, los investigadores demuestran que los semimetales bidimensionales, que van más allá del material de silicio tradicional, se pueden utilizar para el almacenamiento de información ylectura. Este trabajo fue publicado en el último número de la revista Física de la naturaleza [ref 1]. En comparación con la memoria no volátil NVW existente, se espera que esta nueva plataforma de material aumente la velocidad de almacenamiento en dos órdenes y reduzca el costo de energía en tres órdenes, y puede facilitar enormemente la realización de emergencias en-computación de memoria y computación de redes neuronales.
Esta investigación se inspiró en la investigación del equipo del profesor Zhang sobre "Transición de fase estructural de MoTe2 de una sola capa impulsada por dopaje electrostático", publicada en Naturaleza en 2017; y la investigación de Lindenberg Lab sobre "Uso de la luz para controlar el cambio de propiedades de los materiales en materiales topológicos", publicada en Naturaleza en 2019.
Anteriormente, los investigadores encontraron que en el material bidimensional-ditelurida de tungsteno, cuando el material está en un estado topológico, la disposición especial de los átomos en estas capas puede producir los llamados "nodos de Weyl", que exhibirán propiedades electrónicas únicas, como la conducción de resistencia cero. Se considera que estos puntos tienen características similares a un agujero de gusano, donde los electrones hacen un túnel entre las superficies opuestas del material. En un experimento anterior, los investigadores encontraron que la estructura del material se puede ajustar mediante un pulso de radiación de terahercios, cambiando rápidamenteentre los estados topológicos y no topológicos del material, apagando y volviendo a encender efectivamente el estado de resistencia cero. El equipo de Zhang ha demostrado que el espesor a nivel atómico de los materiales bidimensionales reduce en gran medida el efecto de apantallamiento del campo eléctrico,y su estructura se ve fácilmente afectada por la concentración de electrones o el campo eléctrico. Por lo tanto, los materiales topológicos en dos dimensionesEl límite onal puede permitir la conversión de la manipulación óptica en control eléctrico, pavimentando hacia dispositivos electrónicos.
En este trabajo, los investigadores apilaron tres capas atómicas de capas de metal de ditelurida de tungsteno, como una baraja de cartas a nanoescala. Al inyectar una pequeña cantidad de portadores en la pila o aplicar un campo eléctrico vertical, hicieron que cada capa impar se deslizaralateralmente con respecto a las capas pares superiores e inferiores. A través de las caracterizaciones ópticas y eléctricas correspondientes, observaron que este deslizamiento es permanente hasta que otra excitación eléctrica desencadena el reordenamiento de las capas. Además, para poder leer los datos y la información almacenada entre estascapas atómicas en movimiento, los investigadores utilizaron la extremadamente grande "curvatura Berry" en el material semimetálico. Esta característica cuántica es como un campo magnético, que puede dirigir la propagación de electrones y dar como resultado un efecto Hall no lineal. A través de tal efecto, la disposición dela capa atómica se puede leer sin alterar el apilamiento.
Usando esta característica cuántica, se pueden distinguir bien diferentes pilas y estados de polarización de metales. Este descubrimiento resuelve la dificultad de lectura a largo plazo en los metales ferroeléctricos debido a su débil polarización. Esto hace que los metales ferroeléctricos no solo sean interesantes en la exploración física básica, sino tambiénprueba que dichos materiales pueden tener perspectivas de aplicación comparables a los de los semiconductores y aislantes ferroeléctricos convencionales. Cambiar los órdenes de apilamiento solo implica la ruptura del enlace de Van der Waals. Por lo tanto, el consumo de energía es teóricamente dos órdenes de magnitud menor que la energía consumida al romper el covalentese adhiere a los materiales tradicionales de cambio de fase y proporciona una nueva plataforma para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento más eficientes desde el punto de vista energético y nos ayuda a avanzar hacia un futuro sostenible e inteligente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Hong Kong . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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