خبر کامل
توسعه حافظه نانومتری فوق‌کم‌مصرف: انقلابی در عمر باتری دستگاه‌های هوشمند
انقلابی در مصرف انرژی دستگاه‌های هوشمند: حافظه‌های نانومتری فوق‌کم‌مصرف
پژوهشگران با دستیابی به یک پیشرفت چشمگیر در توسعه حافظه‌های نانومتری و فوق‌کم‌مصرف، گامی بلند در جهت کاهش چشمگیر مصرف انرژی دستگاه‌های الکترونیکی و افزایش قابل‌توجه عمر باتری آن‌ها برداشته‌اند. این دستاورد نویدبخش آینده‌ای است که در آن گجت‌ها و ابزارهای هوشمند می‌توانند با یک بار شارژ، برای مدت‌های طولانی فعال بمانند.
چالش‌های کنونی مصرف انرژی در لوازم الکترونیکی
یکی از دغدغه‌های اصلی در طراحی و استفاده از وسایل الکترونیکی نظیر تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها، تولید گرمای زیاد و کاهش سریع شارژ باتری در طولانی‌مدت است. بخش عمده‌ای از این مصرف انرژی به واحدهای حافظه و مدارهای پردازشی اختصاص دارد که برای ذخیره‌سازی و پردازش داده‌ها نیازمند جریان مداوم برق هستند. کاهش توان مصرفی این بخش‌ها می‌تواند تحولی اساسی در بهره‌وری انرژی دستگاه‌ها ایجاد کند.
فناوری نوین: پیوند تونلی فروالکتریک (FTJ)
فناوری جدید بر پایه نوعی حافظه به نام پیوند تونلی فروالکتریک (FTJ) توسعه یافته است که مفهوم آن برای اولین بار در دهه هفتاد میلادی مطرح شد. این ساختار از خاصیت فروالکتریسیته بهره می‌برد؛ قابلیتی که امکان تغییر جهت قطبش الکتریکی در یک ماده را فراهم می‌کند. با تغییر این قطبش، میزان عبور جریان کنترل شده و اطلاعات به شکل بیت‌های صفر و یک ذخیره می‌شوند.
یوتاکا ماجیما، سرپرست تیم پژوهشی از موسسه علوم توکیو، تاکید کرد: «عبور از محدودیت‌هایی که سال‌ها بدیهی تلقی می‌شدند نیازمند زیر سؤال بردن فرضیات قدیمی است و همین نگاه متفاوت راه را برای دستیابی به راهکاری کاملا نو هموار کرده است.»
غلبه بر محدودیت‌های کوچک‌سازی
کوچک‌سازی حافظه‌های FTJ همواره با مشکل افت عملکرد در ابعاد بسیار ریز همراه بوده است. در این ابعاد، مواد معمولی ویژگی‌های خود را از دست داده و نشت جریان در مرزهای کریستال‌ها، بازده را کاهش می‌دهد. اما تیمی به سرپرستی یوتاکا ماجیما از موسسه علوم توکیو، با استفاده از اکسید هافنیوم که حتی در ضخامت‌های بسیار کم نیز خاصیت فروالکتریکی خود را حفظ می‌کند، توانستند حافظه‌ای با ابعاد حدود ۲۵ نانومتر (مقیاسی بسیار کوچک‌تر از ضخامت یک تار مو) بسازند.
راهبردهای نوآورانه برای بهبود عملکرد
- کاهش اندازه ساختار: بررسی‌ها نشان داد که کاهش بیشتر اندازه ساختار می‌تواند اثر مرزهای کریستالی را کمتر کند.
- شکل‌دهی نیم‌دایره‌ای الکترودها: با ابداع روشی برای گرم‌کردن الکترودها و تبدیل آن‌ها به شکلی نیم‌دایره‌ای، ساختاری نزدیک‌تر به یک کریستال یکنواخت ایجاد شد که مسیرهای نشت جریان را کاهش می‌دهد.
نتیجه این رویکرد، ساخت حافظه‌ای است که برخلاف انتظار رایج، با کوچک‌تر شدن، عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد. این ویژگی می‌تواند روند کوچک‌سازی قطعات الکترونیکی را وارد مرحله جدیدی کند.
کاربردها و آینده تجاری‌سازی
کاربردهای احتمالی این دستاورد بسیار گسترده است. به عنوان مثال، ساعت‌های هوشمند یا حسگرهای متصل به اینترنت اشیا (IoT) ممکن است بدون نیاز به شارژ مکرر یا تعویض باتری، برای ماه‌ها فعال بمانند. در حوزه هوش مصنوعی نیز، استفاده از چنین حافظه‌ای می‌تواند پردازش سریع‌تر را با مصرف انرژی بسیار پایین‌تر همراه سازد.
نکته مهم دیگر این است که اکسید هافنیوم پیش‌تر در صنعت نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار گرفته است. این موضوع احتمال سازگاری فناوری جدید با خطوط تولید فعلی را افزایش داده و می‌تواند مسیر تجاری‌سازی آن را کوتاه‌تر کند.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.