מדענים של יבמ פיתחו טכנולוגיה חדשה להטענת שבבי זיכרון

מדענים במעבדות המחקר של יבמ (IBM) פיתחו טכנולוגיה בתחום הנדסת החומרים ברמה האטומית שעשויה להוביל לסוג חדש של שבבי זיכרון ושבבים לוגיים, בעלי צריכת אנרגיה נמוכה מזו של שבבים מבוססי סיליקון. במקום להשתמש בזרם חשמלי, המזין כיום את המוליכים למחצה האלה, הם גילו דרך חדשה להפעיל שבבים באמצעות מטעני יונים זעירים: תוספת או הסרה של יונים ברמת האטום. הפיתוח נחשף בגיליון החדש של כתב העת המדעי Science.

המחשבים המוכרים לנו כיום מבוססים על מוליכים למחצה המיוצרים בתהליכי CMOS. לאחר שלאורך שנים הצליחה התעשייה להכפיל מדי שנתיים את הביצועים ולצמצם בחצי את המימדים והעלויות הנדרשים לעומס עיבוד נתון, מתקרבים תהליכי הייצור הנוכחיים במהירות למגבלות הביצועים המוכתבות על ידי חוקי הפיזיקה. פתרונות חדשים עשויים להידרש כבר בעתיד הקרוב, על מנת לספק ביצועים גבוהים בצריכת זרם נמוכה.

כעת, הציגו החוקרים של הענק הכחול אפשרות לשנות את תכונות ההולכה של תחמוצות מתכתיות בין מצב מבודד למצב מוליך באמצעות הוספת או הסרת יונים של חמצן, שפועלים בהשראת שדות חשמליים בממשק עם תחמוצת נוזלית. כאשר החומר התחמוצתי, המבודד על פי טבעו, עובר שינוי למצב של מוליך, הוא שומר על מצבו המתכתי גם לאחר כיבוי הזרם החשמלי. משמעותו של המאפיין הקבוע הזה היא ששבבים שמבוססים עליו יכולים לאחסן ולהעביר נתונים במתכונת יעילה יותר, במקום רכיבי הזיכרון הפנימי המוכרים והדורשים שמירה על זרם קבוע.

מיבמ נמסר, כי היכולת להבין את החומר ולשלוט בו בקנה מידה אטומי מאפשרת לתכנן חומרים חדשים ורכיבים הפועלים על בסיס עקרונות שונים לחלוטין מאלה של הטכנולוגיה מבוססת הסיליקון המוכרת לנו כיום. המעבר מרכיבים מבוססי זרם חשמלי לכאלה הפועלים על בסיס מטענים של יונים חשמליים לצורך שליטה באופי החומר מהווה פוטנציאל לפיתוח סוגים חדשים של מכשירים ניידים. שימוש ברכיבים כאלה, בשילוב עם ארכיטקטורה חדשנית של שבבים במבנה תלת ממדי, עשוי להסיר את החשש מפני חסמים טכנולוגיים שימנעו את התפתחות התעשייה.

על מנת להציג את פריצת הדרך שלהם כיסו החוקרים של יבמ חומר תחמוצתי מבודד – Vanadium dioxide – בנוזל אלקטרוליטי מוטען ביונים חיוביים. התהליך המיר את החומר המבודד למצב מתכתי מוליך. החומר שמר על מצבו הזה עד לחשיפתו לתמיסה אלקטרוליטית אחרת שהוטענה ביונים שליליים, והמירה אותו בחזרה למצבו המבודד.

מזה שנים ארוכות מחפשים מדענים אחר חומרים כאלה, שיוכלו לעבור ממצב מוליך למבודד וחוזר חלילה. בניגוד להנחות שרווחו עד כה, גילה המחקר של יבמ, כי ההזרקה וההסרה של חמצן לתוך התחמוצת המתכתית הן האחראיות לשינויים במצב החומר, בעת חשיפה לשדות חשמליים בעלי עוצמה גבוהה.

יצוין שמעבר ממצב מוליך למצב מבודד הושג בעבר גם באמצעות שינויים בטמפרטורה או הפעלת לחץ חיצוני, בתהליכים שאינם ניתנים ליישום מעשי בעולם הרכיבים האלקטרוניים.