Науковці в Китаї створили чіп пам'яті, що зберігає дані на одному електроні
Фахівці Фуданьського університету розробили 2D-чіп Guiyi, який працює при кімнатній температурі
Науковці розробили двовимірний чіп флеш-пам'яті, здатний зберігати дані за допомогою лише одного електрона при кімнатній температурі. Розробку 16 липня описали у журналі Science дослідники з Китаю, і це може зробити передачу даних значно швидшою та енергоефективнішою. Новий чіп отримав назву Guiyi і вже привернув увагу як потенційний прорив для індустрії напівпровідників.
Про розробку повідомляє Live Science, посилаючись на дослідження, опубліковане в журналі Science. Дослідники в Китаї створили новий чіп, який використовує лише один електрон для зберігання даних. У статті, опублікованій у Science 16 липня, професор мікроелектроніки Чжоу Пен та його колеги детально описали робочу двовимірну флеш-пам'ять, яка вловлює та зчитує один-єдиний електрон при кімнатній температурі - досягнення, яке довго вважалося недосяжним ідеалом для напівпровідників.
Команда зіткнулася з давньою проблемою галузі. Ще у 1990-х науковці намагалися зберігати дані за допомогою одного електрона, але сигнал, отриманий від захопленого електрона, був занадто слабким для чіткого зчитування - його порівнювали зі спробою помітити хвилю від однієї краплі дощу, що впала у водосховище.
Щоб розвʼязати цю проблему, розробники застосували незвичне інженерне рішення. Двовимірний флеш-чіп має шар графену, який запобігає витоку електронів. Завдяки цьому команда домоглася суттєвого покращення якості сигналу.
"Здатність зберігати дані за допомогою одного електрона, поєднуючи швидкість, стабільність і енергоефективність в одному пристрої - саме це надихнуло на назву Guiyi", - зазначили дослідники Фуданьського університету.
Результат вражає навіть фахівців галузі. Пристрій підвищує слабкий, короткочасний сигнал із десятків мілівольт до стабільних 0,5 вольта - це десятикратне покращення порівняно з будь-якою попередньою спробою роботи з одним електроном. Для порівняння, сучасні найпотужніші чіпи оперативної пам'яті виробництва Samsung і SK Hynix для збереження одного біта інформації потребують близько 200 000 електронів.
Пояснили, чому це важливо для майбутньої електроніки
Науковці розповіли, для чого потрібне таке різке скорочення кількості електронів. В ідеальному світі для зберігання даних вистачало б лише одного електрона, що дозволило б зменшити вимоги до простору та енергоспоживання пристроїв. Раніше подібні спроби зазвичай провалювалися через технічну проблему. Однобітову пам'ять на одному електроні створювали й раніше, але вона мала труднощі з формуванням станів, які були б чітко розрізнюваними та стабільними при кімнатній температурі - коли кількість електронів у звичайних пристроях зменшували, паразитна ємність послаблювала сигнал.
Один із попередніх варіантів вирішення проблеми виявився надто короткочасним. Це частково вдалося подолати завдяки конструкції нанорозмірної краплі полікристалічного кремнію, яка показала виявлену напругу при кімнатній температурі, але цей стан тривав лише п'ять секунд. Новий чіп Guiyi долає цю межу завдяки продуманій архітектурі з графеновим шаром.
Розповіли про плани комерціалізації розробки
Дослідники з Фуданьського університету не збираються зупинятися на лабораторному прототипі. За словами дослідників, технологія рухається до комерціалізації - планується заснувати компанію ще цього року та вивести архітектуру на ринок протягом трьох-п'яти років. Це підтверджує, що розробка вийшла за межі чисто теоретичного інтересу.
Команда Фуданьського університету вже має досвід швидкого прогресу в цій сфері. Дослідження ґрунтується на швидкому прогресі тієї самої групи: у 2025 році науковці повідомили про графеновий флеш-пристрій, що зберігав інформацію за 400 пікосекунд, витримуючи понад 5,5 мільйона циклів запису. Пізніше вони продемонстрували повнофункціональний 2D флеш-чіп, інтегрований зі звичайною кремнієвою електронікою. Втім, попереду ще чимало роботи. Новій однонелектронній конструкції ще потрібно довести, що мільйони або мільярди таких елементів здатні надійно працювати разом.
Технології пам'яті продовжують стрімко розвиватися
Ця розробка - не єдиний прорив останніх років у сфері енергоефективної електроніки. Раніше з'являлися й інші рішення, спрямовані на скорочення енергоспоживання чипів та прискорення обробки даних, зокрема через нові матеріали та архітектурні підходи в мікроелектроніці.
Індустрія напівпровідників уже кілька років шукає способи обійти фізичні межі традиційного кремнієвого масштабування. Оскільки галузь наближається до фізичних меж традиційного масштабування кремнію, інновації, що працюють на абсолютному квантовому мінімумі, дають змогу зазирнути у наступне покоління обчислювальної техніки.
Зараз читають на Інформаторі
