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由密歇根大学领导的一个工程师团队开发的一种新型固态存储设备有朝一日可以承受核聚变反应堆、喷气发动机、地热井和闷热行星的高温。
与传统的硅基存储器不同，这种新设备可以在1100°F（600°C）以上的温度下存储和重写信息——比金星表面和铅的熔化温度还要高。它是与桑迪亚国家实验室的研究人员合作开发的。
“它可以使以前不存在的高温应用电子设备成为可能，”密歇根大学材料科学与工程助理教授李益阳说，他是这项研究的高级通讯作者，该研究今天发表在《设备》杂志上。
“到目前为止，我们已经建立了一个存储位的设备，与其他高温计算机内存演示相当。随着更多的开发和投资，理论上它可以容纳兆字节或千兆字节的数据。”
然而，对于非全天候极端温度的设备来说，有一个权衡：新信息只能在500°F（250°C）以上的设备上写入。尽管如此，研究人员表示，加热器可以解决必须在较低温度下工作的设备的问题。
耐热记忆来自于移动带负电的氧原子而不是电子。当加热到300°F（150°C）以上时，传统的硅基半导体开始传导不可控的电流。因为电子产品是根据特定的电流水平精确制造的，所以高温可以清除设备内存中的信息。但研究人员设备内的氧离子不会受到热量的影响。
它们在存储器的两层之间移动——半导体氧化钽和金属钽——通过一种固体电解质，这种电解质起到屏障的作用，阻止其他电荷在两层之间移动。氧离子由一系列三个铂电极引导，铂电极控制氧是被吸入氧化钽还是被挤出氧化钽。整个过程类似于电池充电和放电的过程；然而，这种电化学过程不是储存能量，而是用来储存信息。
一旦氧原子离开氧化钽层，就会留下一小块金属钽。同时，氧化钽层类似地覆盖在屏障的另一侧的钽金属层。钽和氧化钽层不会混合，类似于油和水，所以这些新的层不会恢复到原来的状态，直到切换电压。
根据氧化钽的氧含量，它可以作为绝缘体或导体，使材料能够在代表数字0和1的两种不同电压状态之间切换。对氧梯度的精细控制可以在存储器中进行计算，具有100多个电阻状态，而不是简单的二进制。这种方法有助于减少电力需求。
桑迪亚国家实验室化学、燃烧和材料科学系的高级科学家、该研究的合著者亚历克·塔林说：“人们对使用人工智能来改善这些极端环境下的监测很感兴趣，但它们需要强大的处理器芯片，需要大量的电力，而且很多这些极端环境也有严格的电力预算。”
“内存计算芯片可以在数据到达人工智能芯片之前帮助处理一些数据，并降低设备的整体功耗。”
信息状态可在1100°F以上保存24小时以上。虽然这种耐热性水平与其他可重写高温存储器的材料相当，但这种新设备还有其他好处。它可以在较低的电压下运行，比一些领先的替代方案，即铁电存储器和多晶铂电极纳米隙，并且可以为内存计算提供更多的模拟状态。
这项研究是由美国国家科学基金会、桑迪亚实验室指导的研究和发展计划以及密歇根大学工程学院资助的。该装置是在Lurie纳米制造工厂制造的，并在密歇根材料表征中心进行了研究。
作者已经根据这项工作向美国专利商标局申请了专利，并正在寻找合作伙伴将这项技术推向市场。
研究：在600oC下，通过组合相分离实现非挥发性电化学记忆（DOI: 10.1016/j.device.2024.100623）
