在現(xiàn)代的計算機內存技術里，速度和存儲的持久性猶如魚與熊掌不可兼得。RAM(隨機訪問存儲)速度快，但是東西存放不久;硬盤或閃存則相反，東西可以存放很久，但是訪問速度相對較慢。不過《自然通訊》今天介紹的一種原型存儲設備卻打破了這種限制，這種設備通過電子存儲及與太陽能電池相同的讀取技術的結合，實現(xiàn)了訪問速度快、數(shù)據(jù)存放久及耗電低這三大優(yōu)點。
這項原型設備由加州大學伯克利分校的材料科學家 Ramamoorthy Ramesh 以及新加坡南洋大學的氧化材料專家 Junling Wang 聯(lián)合建造，他們采用的材料名為鐵酸鉍。
傳統(tǒng)的計算機內存中，信息是存放在保持有不同數(shù)量電荷的單元里的，每一個分別代表了二進制的“1”或“0”。相比之下，鐵酸鉍卻用兩種極化狀態(tài)之一來表示那些數(shù)位，而且在電壓加載時進行狀態(tài)切換，這種特性被稱為鐵電性。基于其他材料的具有鐵電性的 RAM 已經(jīng)投放市場了。這種 RAM 速度很快，但是應用卻沒有得到推廣。其中一個問題是電信號往往讀出一個二進制位就得刪掉一位，所以數(shù)據(jù)每次都要重寫。隨著時間的推移這會導致可靠性的問題。
兩位研究人員意識到他們可以利用鐵酸鉍的另一項優(yōu)點來避免破壞性的內存讀取。2009 年，美國羅格斯大學的研究人員演示了這種材料對于可見光具有光電響應特性—即只要有光照到這種材料上它就會產生電壓。電壓的大小取決于材料所處的極化狀態(tài)，而且可以利用電極或晶體管讀取。至關重要的是，這種材料被光照射后并不會改變極性，所以存放在上面的數(shù)據(jù)也就不會被刪除掉。
為了測試光電型鐵電存儲器是否行得通，Ramesh 和 Wang 在金屬氧化物表面上鍍了一層鐵酸鉍膜，然后將其蝕刻為 4 條，在這四條蝕刻條上面他們又直角交叉搭上四根金屬條。交叉出來的 16 個方格每一個都充當了一個內存單元，而金屬和金屬氧化物則充當電極。研究小組利用電極來極化這些內存單元，然后用光線照射它們，結果發(fā)現(xiàn)它們生成了兩種電壓讀數(shù)，一正(1)一負(0)。
這些內存單元的讀寫用時不到 10 納秒，而記錄這些數(shù)據(jù)的電壓只需 3 伏。相對而言，目前領先的非易失性 RAM 技術—閃存的讀寫時間是其 10000 倍，而記錄所需電壓為 15V。
主持羅格斯大學 2009 年那項研究的凝聚態(tài)物理學家 Sang-Wook Cheong 說，這是鐵電廣生伏打效應朝著技術應用邁出的重要一步。
半導體研究公司的材料專家 Victor Zhirnov 則說，這項技術需要在小型化上取得更大突破才能具有競爭性。商用閃存的組件可以小至 22 毫微米，而這款原型所用的材料卻有 10 微米之寬。唯有把尺寸做小才能提高內存容量，從而降低造價。
Ramesh 說，把原型設備做小不存在根本性的障礙，但是實踐性挑戰(zhàn)是有的。
此外，目前原型設備是整體照射的，這種做法顯然缺乏實用。但是設計出能逐個照射內存單元的系統(tǒng)是件麻煩事。因此工程師必須想辦法設計出可以單獨照射內存單元的光學組件。
