Ученые в Китае создали чип памяти, хранящий данные на одном электроне
Специалисты Фуданьского университета разработали 2D-чип Guiyi, работающий при комнатной температуре
Ученые разработали двумерный чип флэш-памяти, способный хранить данные с помощью только одного электрона при комнатной температуре. Разработку 16 июля описали в журнале Science исследователи из Китая, и это может сделать передачу данных более быстрой и энергоэффективной. Новый чип получил название Guiyi и уже привлек внимание как потенциальный прорыв для индустрии полупроводников.
О разработке сообщает Live Science, ссылаясь на исследование, опубликованное в журнале Science. Исследователи в Китае создали новый чип, использующий только один электрон для хранения данных. В статье, опубликованной в Science 16 июля, профессор микроэлектроники Чжоу Пэн и его коллеги подробно описали рабочую двумерную флеш-память, которая улавливает и считывает один-единственный электрон при комнатной температуре – достижение, долго считавшееся недостижимым идеалом для полупроводников.
Команда столкнулась с давней проблемой отрасли. Еще в 1990-х ученые пытались хранить данные с помощью одного электрона, но сигнал, полученный от захваченного электрона, был слишком слаб для четкого считывания - его сравнивали с попыткой заметить волну от одной капли упавшего в водохранилище дождя.
Чтобы решить эту проблему, разработчики применили необычное инженерное решение. Двухмерный флеш-чип имеет слой графена, который предотвращает утечку электронов. Благодаря этому команда добилась существенного улучшения качества сигнала.
"Способность хранить данные с помощью одного электрона, сочетая скорость, стабильность и энергоэффективность в одном устройстве – именно это вдохновило название Guiyi", - отметили исследователи Фуданьского университета.
Результат поражает даже специалистов в отрасли. Устройство повышает слабый, кратковременный сигнал с десятков милливольт до стабильных 0,5 вольта – это десятикратное улучшение по сравнению с любой предыдущей попыткой работы с одним электроном. Для сравнения, современные мощные чипы оперативной памяти производства Samsung и SK Hynix для сохранения одного бита информации нуждаются около 200 000 электронов.
Объяснили, почему это важно для будущей электроники
Ученые рассказали, для чего нужно столь резкое сокращение количества электронов. В идеальном мире для хранения данных хватало бы одного электрона, что позволило бы уменьшить требования к пространству и энергопотреблению устройств. Ранее подобные попытки обычно проваливались из-за технической проблемы. Однобитовую память на одном электроне создавали и раньше, но она испытывала трудности с формированием состояний, которые были бы четко различаемыми и стабильными при комнатной температуре – когда количество электронов в обычных устройствах уменьшалось, паразитная емкость ослабляла сигнал.
Один из предыдущих вариантов решения проблемы оказался слишком кратковременным. Это частично удалось преодолеть благодаря конструкции наноразмерной капли поликристаллического кремния, показавшей обнаруженное напряжение при комнатной температуре, но это состояние длилось всего пять секунд. Новый чип Guiyi преодолевает этот предел благодаря продуманной архитектуре с графеновым слоем.
Рассказали о планах коммерциализации разработки
Исследователи из Фуданьского университета не намерены останавливаться на лабораторном прототипе. По словам исследователей, технология движется к коммерциализации – планируется основать компанию еще в этом году и вывести архитектуру на рынок в течение трех-пяти лет. Это подтверждает, что технология вышла за пределы чисто теоретического интереса.
У команды Фуданьского университета уже есть опыт быстрого прогресса в этой сфере. Исследование основывается на быстром прогрессе той же группы: в 2025 году ученые сообщили о графеновом флеш-устройстве, хранившем информацию за 400 пикосекунд, выдерживая более 5,5 миллиона циклов записи. Позже они продемонстрировали полнофункциональный 2D флеш-чип, интегрированный с обычной кремниевой электроникой. Впрочем, впереди еще много работы. Новой однонэлектронной конструкции еще предстоит доказать, что миллионы или миллиарды таких элементов способны надежно работать вместе.
Технологии памяти продолжают стремительно развиваться
Эта разработка – не единственный прорыв последних лет в сфере энергоэффективной электроники. Ранее появлялись и другие решения, направленные на сокращение энергопотребления чипов и ускорение обработки данных, в частности, через новые материалы и архитектурные подходы в микроэлектронике.
Индустрия полупроводников уже несколько лет ищет способы обойти физические границы традиционного кремниевого масштабирования. Поскольку отрасль приближается к физическим границам традиционного масштабирования кремния, инновации, работающие на абсолютном квантовом минимуме, позволяют заглянуть в следующее поколение вычислительной техники.
Сейчас читают на Информаторе
