تحولی در حافظه‌های کامپیوتری: کاهش مصرف انرژی با فروالکتریسیته نوظهور

پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا با بررسی خاصیت «فروالکتریسیته نوظهور» (Incipient Ferroelectricity) در ترانزیستورهای اثر میدانی (FETها)، موفق به توسعه حافظه‌های کامپیوتری جدیدی شده‌اند که می‌توانند مصرف انرژی را کاهش داده و در شرایط نامساعد محیطی، از جمله فضا، عملکرد بهتری داشته باشند.  

به گزارش سیلاد و به نقل از ساینس‌آلرت، این مطالعه که در Nature Communications منتشر شده است، نشان می‌دهد که لایه‌های نازکی از تیتانات استرانسیم، رفتاری مشابه مواد فروالکتریک دارند. این ویژگی باعث می‌شود که ترانزیستورها بتوانند جهت هدایت الکتریکی خود را تغییر دهند و در نتیجه، بهبود عملکرد سیستم‌های محاسباتی را ممکن سازند.  
 

یکی از چالش‌های اصلی رایانش مدرن، به‌ویژه در وظایف هوش مصنوعی مانند تشخیص تصویر، مصرف بالای انرژی است. این ترانزیستورهای جدید، به دلیل نیاز کم به انرژی، راهکاری پایدارتر و کارآمدتر برای این حوزه ارائه می‌دهند. این فناوری می‌تواند به توسعه سخت‌افزارهای هوش مصنوعی با مصرف انرژی کمتر کمک کند.  
 

فروالکتریسیته نوظهور به موادی اطلاق می‌شود که نشانه‌هایی از قطبش الکتریکی ناپایدار دارند، اما در شرایط عادی، این خاصیت پایدار نمی‌شود. در دماهای پایین‌تر، این مواد ویژگی‌های فروالکتریک قوی‌تری نشان می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای حافظه‌ای ایده‌آل می‌کند.  
 

 

این ترانزیستورها به دلیل رفتار غیرخطی و تغییرات وابسته به دما، قادر به تقلید رفتار نورون‌های مغز هستند. محققان دریافتند که این مواد می‌توانند به‌عنوان اجزای کلیدی در محاسبات نورومورفیک (Neuromorphic Computing) به کار روند، که هدف آن شبیه‌سازی عملکرد مغز انسان با مصرف انرژی بسیار کمتر است.  

ترانزیستورهای مورد مطالعه از ترکیب نانوغشاهای تیتانات استرانسیم و دی‌سولفید مولیبدن ساخته شده‌اند. در حالی که تیتانات استرانسیم به‌طور معمول غیر‌فروالکتریک است، اما در این ساختار نازک، رفتارهای قطبی غیرمنتظره‌ای نشان داده که آن را برای کاربردهای الکترونیکی پیشرفته مناسب می‌کند.  

این پژوهشگران تأکید دارند که توسعه این فناوری در مقیاس صنعتی و ادغام آن در دستگاه‌های روزمره مانند تلفن‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها به زمان و تحقیقات بیشتری نیاز دارد. آنها همچنین به بررسی مواد دیگر مانند تیتانات باریم برای یافتن گزینه‌های مناسب‌تر ادامه خواهند داد.