Учёные создали электрохимическую память, способную работать в расплавленном свинце

Однажды появится память, которая сможет работать в ядерных реакторах, в реактивных двигателях, на раскалённой поверхности планет и в других экстремально жарких условиях. Новая работа исследователей из Университета Мичигана вносит свой вклад в приближении этого момента. Предложенная ими память работает при температуре свыше 600 °C и будет функционировать даже в расплавленном свинце.

Источник изображения: University of Michigan

Обычная память на чипах из кремния не может работать при температурах выше 100–150 °C. Она основана на движении электронов (электрическом токе), а электроны при перегреве начинают идти вразнос — возникает электрический пробой и выход чипа из строя. Учёные из Университета Мичигана предложили заменить электроны атомами, точнее — ионами, которые выдерживают гораздо более высокие температуры без утраты контроля. Поскольку оперирование атомами — это уже химия, новая ячейка памяти получила название электрохимической.

Также новую ячейку можно назвать своего рода аккумулятором. Она представляет собой два рабочих слоя, разделённых твёрдым электролитом, а запоминание и стирание данных происходит точно так же, как заряд и разряд аккумулятора. Под воздействием напряжения на платиновых электродах насыщенный кислородом слой оксида тантала отдаёт ионы кислорода в слой металлического тантала. Электролит, передающий ионы между слоями, служит также сепаратором (барьером), который не допускает свободное хождение атомов и электронов между слоями.

Источник изображения: Cell 2024

В процессе миграции ионов кислорода в нижнем слое возникает тонкая прослойка из металлического тантала, а на верхнем слое — из оксида тантала. Эти слои и прослойки не смешиваются. Значение ячейки 0 или 1 будет определяться, стал ли нижний слой из оксида тантала проводником или ещё остаётся изолятором для тока. Значение будет сохраняться до тех пор, пока не изменится полярность электродов. Расчёты показывают, что ячейка может сохранять информацию при температуре свыше 600 °C в течение 24 часов. Иначе говоря — это энергонезависимая память.

Более тонкое регулирование внутреннего сопротивления ячейки позволяет удерживать до 100 уровней, что переводит разработку в плоскость вычислений на чипе. Разрядность расчётов резко увеличится, как и увеличится запоминающая способность такой памяти. В принципе, это старая добрая резистивная память ReRAM, только в чуть более оригинальном исполнении. И есть один нюанс. Предложенная память начинает работать только при нагреве до 150 °C. Но это не должно быть большой проблемой для тех сфер, для которых она предлагается.