تقنية الذاكرة الجديدة هذه يمكن أن تجعل الأجهزة تدوم لأشهر بشحنة واحدة

ابتكر الباحثون جهاز ذاكرة صغيرًا يتحسن مع صغر حجمه، مما يكسر أحد القيود الرئيسية في مجال الإلكترونيات. وقد يؤدي ذلك إلى إطالة عمر البطارية وتوفير المزيد من الأجهزة الموفرة للطاقة.

هل شعرت يومًا أن هاتفك يسخن بعد الاستخدام المطول أو شاهدت البطارية تنخفض في أسوأ وقت ممكن؟ أحد الأسباب الرئيسية هو الدوائر الإلكترونية والذاكرة الموجودة داخل الجهاز، والتي تستهلك الطاقة وتطلق الحرارة أثناء عملها.

تقوم ذاكرة الكمبيوتر بتخزين البيانات على شكل 0 و1 من خلال التحكم في مدى سهولة تدفق الكهرباء عبر المادة. إذا تمكن العلماء من إنشاء ذاكرة تتطلب كهرباء أقل بكثير، فقد يؤدي ذلك إلى تقليل استهلاك الطاقة للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر وغيرها من الأجهزة الإلكترونية بشكل كبير.

توفر الذاكرة الكهروضوئية بديلاً منخفض الطاقة

تعود إحدى الأفكار الواعدة إلى عام 1971 مع تقديم تقاطع النفق الكهروضوئي (FTJ). يستخدم هذا النوع من الذاكرة الكهرباء الحديدية، وهي خاصية يمكن من خلالها عكس الاستقطاب الكهربائي الداخلي للمادة. ويؤثر تغيير هذا الاستقطاب على مدى سهولة تدفق التيار، مما يسمح بتخزين المعلومات.

ومع ذلك، لا يزال هناك تحدي كبير. نظرًا لأن أجهزة الذاكرة أصبحت أصغر حجمًا، غالبًا ما فقدت المواد التقليدية أداءها، مما حد من المدى الذي يمكن أن يصل إليه التصغير.

أكسيد الهافنيوم يمكّن الذاكرة النانوية

وجاء الإنجاز الرئيسي في عام 2011 عندما اكتشف الباحثون أن أكسيد الهافنيوم، وهي مادة شائعة الاستخدام، يمكن أن تحافظ على استقطابها الكهربائي حتى عندما تكون رقيقة للغاية. بناءً على هذه النتيجة، شرع البروفيسور يوتاكا ماجيما وفريقه في معهد طوكيو للعلوم (ساينس طوكيو) في تطوير جهاز ذاكرة يبلغ عرضه 25 نانومتر فقط، أي حوالي واحد على ثلاثة آلاف من سمك شعرة الإنسان.

التغلب على التسرب في الأجهزة الصغيرة جدًا

إن تقليص الذاكرة إلى هذا النطاق الصغير يمثل مشكلة خطيرة. يمكن للتيار الكهربائي أن يتسرب عبر الحدود بين البلورات الصغيرة في المادة، الأمر الذي حال دون المزيد من التصغير لفترة طويلة.

وبدلا من تجنب هذه المشكلة، اتخذ الباحثون نهجا مختلفا. لقد جعلوا الجهاز أصغر حجمًا، مما قلل من تأثير هذه الحدود.

كما طوروا طريقة جديدة عن طريق تسخين الأقطاب الكهربائية بحيث تشكل بشكل طبيعي شكلًا نصف دائري. أدى هذا إلى إنشاء بنية أقرب إلى بلورة واحدة، مما يقلل من عدد الحدود التي يمكن أن يحدث فيها التسرب.

اختراق حيث أصغر يعني أفضل

ومن خلال الجمع بين هذا الهيكل الفريد والتصغير الشديد، حقق الفريق أداءً ممتازًا. والأهم من ذلك أنهم أظهروا شيئًا غير متوقع. في الواقع، يعمل جهاز الذاكرة بشكل أفضل عندما يصبح أصغر حجمًا، مما يتحدى الافتراضات القديمة في مجال الإلكترونيات.

ماذا يعني هذا بالنسبة لتكنولوجيا المستقبل

إذا تم تطبيق هذه التكنولوجيا بنجاح، فمن الممكن أن يكون لها تأثير كبير على الحياة اليومية. يمكن لأجهزة مثل الساعات الذكية أن تعمل لعدة أشهر بشحنة واحدة، وقد تعمل شبكات أجهزة الاستشعار المتصلة دون الحاجة إلى استبدال البطاريات بشكل متكرر.

في الذكاء الاصطناعي (AI)، يمكن أن يسمح هذا النوع من الذاكرة بمعالجة أسرع مع استخدام طاقة أقل بكثير. ونظرًا لأن أكسيد الهافنيوم متوافق بالفعل مع تصنيع أشباه الموصلات الحالي، فمن الممكن دمج هذه الذاكرة الجديدة في الأجهزة الشائعة في المستقبل القريب.

تعليق من الباحث

قال يوتاكا ماجيما، أستاذ مختبر المواد والهياكل بمعهد البحوث المتكاملة التابع لمعهد العلوم في طوكيو: “إن تحدي ما يبدو أنه حدود العلم – مثل “لا يمكننا تصغير الأشياء” أو “سوف تنكسر إذا فعلنا ذلك” – يشبه المشي في الظلام. إنه صراع مستمر”. “ومع ذلك، فمن خلال التشكيك في الافتراضات التقليدية واستكشاف طرق جديدة للتغلب على هذه الحواجز، تمكنا من اكتشاف منظور جديد تمامًا. وسأكون سعيدًا إذا أثار هذا الإنجاز فضول الشباب الذين سيشكلون المستقبل ويساعدون في بناء عالم أفضل.”

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.