這種極端耐熱存儲(chǔ)技術(shù)或?qū)⒆兏锖教炫c能源電子領(lǐng)域。
![]()
南加州大學(xué)的研究人員展示了一種新型電子存儲(chǔ)芯片,能夠在高達(dá) 700°C 的極端溫度下穩(wěn)定工作,遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電子元件的耐受極限。
測(cè)試中,該芯片未顯現(xiàn)出任何達(dá)到運(yùn)行上限的跡象,研究人員指出,700°C 僅是其測(cè)試設(shè)備所能達(dá)到的最高溫度。
智能手機(jī)、汽車、衛(wèi)星及工業(yè)系統(tǒng)中的電子設(shè)備都面臨一個(gè)根本性限制——高溫。大多數(shù)傳統(tǒng)電子元件在約 200°C 時(shí)便開始失效,這給航天探索、地?zé)徙@井、核能系統(tǒng)等極端環(huán)境下的工程師帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
“這可以說(shuō)是一場(chǎng)革命。這是迄今性能最優(yōu)的高溫存儲(chǔ)器件。”研究作者之一楊建華表示。
由極端材料制成的微型存儲(chǔ)芯片
研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的器件是一種憶阻器,這種納米級(jí)元件既能存儲(chǔ)信息,又能執(zhí)行計(jì)算操作。其結(jié)構(gòu)由兩層電極夾著一層薄薄的陶瓷材料構(gòu)成。
團(tuán)隊(duì)采用鎢作為頂部電極,氧化鉿陶瓷作為中間層,石墨烯作為底部電極。
選擇鎢是因?yàn)樗侨埸c(diǎn)最高的金屬,而石墨烯(單層碳原子)則能承受極高溫而不降解。
最終制成的存儲(chǔ)芯片表現(xiàn)出色:在 700°C 下,它能在無(wú)需刷新的情況下保存數(shù)據(jù)超過(guò) 50 小時(shí);
在該溫度下承受了超過(guò) 10 億次開關(guān)循環(huán),工作電壓僅 1.5 伏,開關(guān)速度達(dá)數(shù)十納秒。
一次意外發(fā)現(xiàn)
“說(shuō)實(shí)話,這是個(gè)意外發(fā)現(xiàn)——大多數(shù)發(fā)現(xiàn)都是如此。如果能預(yù)測(cè)到,通常就不會(huì)令人驚訝,也就可能沒那么重要。”楊建華說(shuō)。
在傳統(tǒng)電子器件中,高溫會(huì)使頂部電極的金屬原子遷移穿過(guò)陶瓷層。最終,這些原子到達(dá)底部電極,形成永久性連接,導(dǎo)致器件短路失效。
石墨烯阻止了這一過(guò)程。鎢與石墨烯之間的表面化學(xué)特性,使得鎢原子無(wú)法與石墨烯層結(jié)合。
由于沒有錨定點(diǎn),原子便遷移離開,不會(huì)形成短路,從而防止了器件在極端溫度下失效。
在航天、能源及人工智能計(jì)算中的潛在應(yīng)用
能夠在 500°C 以上溫度下工作的電子器件,一直是航天機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期追求的目標(biāo),尤其是針對(duì)表面溫度極高的金星探測(cè)任務(wù)。現(xiàn)有的硅基電子器件遠(yuǎn)未達(dá)到該溫度就已失效。
除航天探索外,該技術(shù)還可用于地?zé)徙@井、核能系統(tǒng)以及需要電子設(shè)備在強(qiáng)熱源附近運(yùn)行的工業(yè)環(huán)境。
即便在汽車電子等日常應(yīng)用中,耐極端溫度認(rèn)證的器件在常規(guī)工況下也將更為耐用。
憶阻器在人工智能計(jì)算方面也有應(yīng)用潛力。許多 AI 運(yùn)算高度依賴矩陣乘法,這一過(guò)程在傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)中消耗大量能量。
憶阻器可以通過(guò)其電學(xué)行為直接執(zhí)行這些計(jì)算,有望實(shí)現(xiàn)更快、更節(jié)能的 AI 處理。
該研究發(fā)表于《科學(xué)》期刊。
如果朋友們喜歡,敬請(qǐng)關(guān)注“知新了了”!
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.