Исследователи из Тель-Авивского университета совершили прорыв в области электроники, впервые применив явление сверхсмазываемости (superlubricity) в электронных компонентах. Это достижение значительно улучшает производительность запоминающих устройств в компьютерах и других электронных приборах за счет использования практически безфрикционного скольжения.
Команда ученых под руководством доктора Янгки Йео, Йоава Шараби, доктора Нирмала Роя и Ноама Рааба из Квантовой группы слоистых материалов, возглавляемой профессором Моше Бен Шаломом, недавно опубликовала результаты своего исследования в престижном научном журнале Nature. Все исследователи представляют Школу физики и астрономии имени Раймонда и Беверли Саклер Тель-Авивского университета.
Сверхсмазываемость — это феномен, при котором трение между двумя поверхностями практически полностью устраняется. Для объяснения этого явления ученые используют аналогию с «лотками для яиц»: когда такие лотки (представляющие атомные слои) идеально выровнены, они сцепляются и сопротивляются движению (высокое трение). Однако при небольшом повороте (рассогласовании) они свободно скользят (низкое трение). Около 20 лет назад ученые обнаружили, что два повернутых слоя графита демонстрируют практически неизмеримое трение, что заложило основу для технологий памяти нового поколения, основанных на сверхсмазываемости.
Снижение трения имеет решающее значение для вычислительной техники. Трение вызывает износ и потерю энергии, что особенно критично в компьютерах, где крошечные запоминающие компоненты работают с частотой миллионы циклов в секунду. Повышение эффективности за счет снижения трения напрямую улучшает долговечность (меньший износ), энергопотребление (более низкое использование энергии) и скорость (более быстрые операции чтения/записи).
По словам профессора Моше Бен Шалома, в их лаборатории слоистые материалы конструируются таким образом, что минимальные атомные смещения перемещают электроны между слоями. Это позволяет создать запоминающее устройство толщиной всего в два атома — самое тонкое из возможных.
Доктор Йео и его коллеги провели эксперимент, в котором они объединили ультратонкие атомные слои бора (B) и азота (N), разделив их перфорированным слоем графена. Наноразмерные отверстия в графене имеют ширину около 100 атомов. Внутри этих небольших отверстий (островков) слои бора и азота самовыравниваются. Между этими островками несинхронизированный слой графена вызывает исчезновение трения (сверхсмазываемость). В результате атомы в каждом выровненном островке могут скользить быстро и эффективно, что позволяет выполнять высокоэффективные операции чтения/записи данных при значительно меньшем энергопотреблении.
Измеренная эффективность новой технологии памяти значительно выше, чем у существующих технологий, при этом не наблюдается никакого износа. Обнаружен новый эффект: когда крошечные островки находятся близко друг к другу, возникают связанные состояния памяти. Атомное движение в одном островке влияет на соседние островки (самоорганизация), что потенциально революционно для вычислений, включая искусственный интеллект и нейроморфные архитектуры (вычисления, имитирующие работу мозга).
Технология разрабатывается через компанию SlideTro LTD, основанную на этих открытиях, в сотрудничестве с Ramot — компанией по передаче технологий Тель-Авивского университета. Цель — разработать сверхбыстрые, надежные и высокопрочные массивы памяти, использующие сверхсмазываемость. Будущие исследования направлены на изучение новых вычислительных возможностей, возникающих из механической связи между битами памяти, и на исследование того, как сверхсмазываемость может стимулировать следующую революцию в вычислительной технике.
Изображение носит иллюстративный характер
Команда ученых под руководством доктора Янгки Йео, Йоава Шараби, доктора Нирмала Роя и Ноама Рааба из Квантовой группы слоистых материалов, возглавляемой профессором Моше Бен Шаломом, недавно опубликовала результаты своего исследования в престижном научном журнале Nature. Все исследователи представляют Школу физики и астрономии имени Раймонда и Беверли Саклер Тель-Авивского университета.
Сверхсмазываемость — это феномен, при котором трение между двумя поверхностями практически полностью устраняется. Для объяснения этого явления ученые используют аналогию с «лотками для яиц»: когда такие лотки (представляющие атомные слои) идеально выровнены, они сцепляются и сопротивляются движению (высокое трение). Однако при небольшом повороте (рассогласовании) они свободно скользят (низкое трение). Около 20 лет назад ученые обнаружили, что два повернутых слоя графита демонстрируют практически неизмеримое трение, что заложило основу для технологий памяти нового поколения, основанных на сверхсмазываемости.
Снижение трения имеет решающее значение для вычислительной техники. Трение вызывает износ и потерю энергии, что особенно критично в компьютерах, где крошечные запоминающие компоненты работают с частотой миллионы циклов в секунду. Повышение эффективности за счет снижения трения напрямую улучшает долговечность (меньший износ), энергопотребление (более низкое использование энергии) и скорость (более быстрые операции чтения/записи).
По словам профессора Моше Бен Шалома, в их лаборатории слоистые материалы конструируются таким образом, что минимальные атомные смещения перемещают электроны между слоями. Это позволяет создать запоминающее устройство толщиной всего в два атома — самое тонкое из возможных.
Доктор Йео и его коллеги провели эксперимент, в котором они объединили ультратонкие атомные слои бора (B) и азота (N), разделив их перфорированным слоем графена. Наноразмерные отверстия в графене имеют ширину около 100 атомов. Внутри этих небольших отверстий (островков) слои бора и азота самовыравниваются. Между этими островками несинхронизированный слой графена вызывает исчезновение трения (сверхсмазываемость). В результате атомы в каждом выровненном островке могут скользить быстро и эффективно, что позволяет выполнять высокоэффективные операции чтения/записи данных при значительно меньшем энергопотреблении.
Измеренная эффективность новой технологии памяти значительно выше, чем у существующих технологий, при этом не наблюдается никакого износа. Обнаружен новый эффект: когда крошечные островки находятся близко друг к другу, возникают связанные состояния памяти. Атомное движение в одном островке влияет на соседние островки (самоорганизация), что потенциально революционно для вычислений, включая искусственный интеллект и нейроморфные архитектуры (вычисления, имитирующие работу мозга).
Технология разрабатывается через компанию SlideTro LTD, основанную на этих открытиях, в сотрудничестве с Ramot — компанией по передаче технологий Тель-Авивского университета. Цель — разработать сверхбыстрые, надежные и высокопрочные массивы памяти, использующие сверхсмазываемость. Будущие исследования направлены на изучение новых вычислительных возможностей, возникающих из механической связи между битами памяти, и на исследование того, как сверхсмазываемость может стимулировать следующую революцию в вычислительной технике.
