Các kỹ sư trên toàn thế giới đã và đang phát triển các cách khác nhau để có thể tạo ra được các bộ nhớ có dung lượng lớn hơn trên các chip máy tính cỡ nhỏ. Cho đến bây giờ, các nghiên cứu trước đây về tấm nguyên tử hai chiều để lưu trữ bộ nhớ vẫn còn thiếu, vẫn chưa khám phá hết các tiềm năng ứng dụng của thiết bị.
Một nhóm các kỹ sư điện tử tại Trường Đại học Texas, Austin hợp tác với các nhà khoa học Trường Đại học Bắc Kinh đã phát triển được một loại thiết bị bộ nhớ lưu trữ dữ liệu siêu mỏng nhất từ trước đến nay với dung lượng bộ nhớ rất lớn. Điều này mở đường cho việc phát triển các chip máy tính nhanh hơn, nhỏ hơn và thông minh hơn ứng dụng từ điện tử tiêu dùng đến dữ liệu lớn cho máy tính lấy cảm hứng từ bộ não.
“Trong một thời gian dài đều cho rằng không thể tạo ra các thiết bị nhớ từ các vật liệu dày có kích cỡ chỉ một lớp nguyên tử”, Deji Akinwande, giáo sư của Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính của Trường Kỹ thuật Điện Cockrell, cho biết. “Những với các “nguyên tử’ (atomristors) mới của chúng tôi, điều này hoàn toàn có thể tạo ra được”.
Được tạo ra từ các vật liệu nano 2 chiều, các “atomristors” – một thuật ngữ do Akinwande đã sáng tạo – có khả năng lưu trữ dữ liệu tốt hơn các memristors, một công nghệ lưu trữ bộ nhớ hiện mới nổi lên nhưng khả năng mở rộng bộ nhớ thấp hơn.
Các kết quả nghiên cứu đã được xuất bản trong số ra tháng 1 trên Nano Letters.
“Các atomristors sẽ tính đến sự phát triển của Định luật Moore ở mức hệ thống bằng cách cho phép tích hợp 3 chiều bộ nhớ kích cỡ nano này với các bóng bán dẫn cỡ nano trên cùng một chip để cải thiện hệ thống máy tính”. Akinwande nói.
Trước đây, lưu trữ bộ nhớ và các bóng bán dẫn luôn các phần tử riêng lẻ trên một vi mạch, tuy nhiên các atomristors sẽ phối hợp cả hai chức năng trên một máy tính duy nhất, tạo ra hiệu quả hơn. Bằng cách sử dụng các tấm kim loại cỡ nguyên tử (graphene) làm cực dương và tấm bán dẫn cỡ nguyên tử (tấm kẽm – molybdenum sulfide) làm lớp hoạt hóa, toàn bộ tế bào bộ nhớ là chiếc sandwich có chiều dày khoảng 1,5 nanomet, làm cho nó dễ dàng đóng gói dày đặc từng lớp từng lớp atomristors bằng phẳng. Đó chính là sự cải tiến có giá trị lớn so với các bộ nhớ flash thông thường, luôn chiếm một khoảng không gian rất lớn. Ngoài ra, độ mỏng cho phép dòng điện chạy qua nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Với kích thước, khả năng chứa đựng và tính mềm dẻo của chúng, các nguyên tử atomristors có thể được đóng gói lại với nhau để tạo ra các chip 3-D tiên tiến quyết định sự phát triển thành công của điện toán lấy cảm hứng từ bộ não. Một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực kỹ thuật đang phát triển này là làm thế nào để tạo ra một kiến trúc bộ nhớ với các kết nối 3-D giống như những gì được tìm thấy trong não người.
“Mật độ lưu trữ bộ nhớ có thể đạt được bằng cách ghép các tấm nguyên tử tổng hợp lên nhau, cùng với thiết kế transistor tích hợp, có nghĩa là chúng ta có thể tạo ra các máy tính có khả năng học hỏi và ghi nhớ theo cách mà não chúng ta làm”, Akinwande nói.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra một ứng dụng duy nhất cho công nghệ. Trong các thiết bị phổ biến hiện tại như điện thoại thông minh và máy tính bảng, thiết bị chuyển mạch tần số vô tuyến được sử dụng để kết nối các tín hiệu từ ăng ten đến một trong nhiều băng thông liên lạc không dây để các bộ phận khác nhau của thiết bị truyền thông và hợp tác với nhau. Hoạt động này có thể ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ pin của điện thoại thông minh. Các nguyên tử atomristors là các thiết bị chuyển mạch bộ nhớ tần số nhỏ nhất được chứng minh là không tiêu hao pin DC, do đó có thể kéo dài tuổi thọ pin.
Theo Akinwande cho biết: “Có thể nói phát hiện này có giá trị thương mại hoá thực sự vì nó sẽ không làm gián đoạn các công nghệ hiện có. Thay vào đó, nó đã được thiết kế để bổ sung và tích hợp với các chip silic đã được sử dụng trong các thiết bị công nghệ hiện đại”.
P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2018-01-ultra-thin-memory-storage-device-paves.html