在現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)內(nèi)存技術(shù)里，速度和存儲(chǔ)的持久性猶如魚(yú)與熊掌不可兼得。RAM(隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ))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(wèn)速度相對(duì)較慢。不過(guò)《自然通訊》今天介紹的一種原型存儲(chǔ)設(shè)備卻打破了這種限制，這種設(shè)備通過(guò)電子存儲(chǔ)及與太陽(yáng)能電池相同的讀取技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了訪問(wèn)速度快、數(shù)據(jù)存放久及耗電低這三大優(yōu)點(diǎn)。

這項(xiàng)原型設(shè)備由加州大學(xué)伯克利分校的材料科學(xué)家 Ramamoorthy Ramesh 以及新加坡南洋大學(xué)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(jì)算機(jī)內(nèi)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(gè)分別代表了二進(jìn)制的“1”或“0”。相比之下，鐵酸鉍卻用兩種極化狀態(tài)之一來(lái)表示那些數(shù)位，而且在電壓加載時(shí)進(jìn)行狀態(tài)切換，這種特性被稱為鐵電性?；谄渌牧系木哂需F電性的 RAM 已經(jīng)投放市場(chǎng)了。這種 RAM 速度很快，但是應(yīng)用卻沒(méi)有得到推廣。其中一個(gè)問(wèn)題是電信號(hào)往往讀出一個(gè)二進(jìn)制位就得刪掉一位，所以數(shù)據(jù)每次都要重寫。隨著時(shí)間的推移這會(huì)導(dǎo)致可靠性的問(wèn)題。

兩位研究人員意識(shí)到他們可以利用鐵酸鉍的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)來(lái)避免破壞性的內(nèi)存讀取。2009 年，美國(guó)羅格斯大學(xué)的研究人員演示了這種材料對(duì)于可見(jiàn)光具有光電響應(yīng)特性—即只要有光照到這種材料上它就會(huì)產(chǎn)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(guān)重要的是，這種材料被光照射后并不會(huì)改變極性，所以存放在上面的數(shù)據(jù)也就不會(huì)被刪除掉。

為了測(cè)試光電型鐵電存儲(chǔ)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(lái)的 16 個(gè)方格每一個(gè)都充當(dāng)了一個(gè)內(nèi)存單元，而金屬和金屬氧化物則充當(dāng)電極。研究小組利用電極來(lái)極化這些內(nèi)存單元，然后用光線照射它們，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們生成了兩種電壓讀數(shù)，一正(1)一負(fù)(0)。

這些內(nèi)存單元的讀寫用時(shí)不到 10 納秒，而記錄這些數(shù)據(jù)的電壓只需 3 伏。相對(duì)而言，目前領(lǐng)先的非易失性 RAM 技術(shù)—閃存的讀寫時(shí)間是其 10000 倍，而記錄所需電壓為 15V。

變小

主持羅格斯大學(xué) 2009 年那項(xiàng)研究的凝聚態(tài)物理學(xué)家 Sang-Wook Cheong 說(shuō)，這是鐵電廣生伏打效應(yīng)朝著技術(shù)應(yīng)用邁出的重要一步。

半導(dǎo)體研究公司的材料專家 Victor Zhirnov 則說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)需要在小型化上取得更大突破才能具有競(jìng)爭(zhēng)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(nèi)存容量，從而降低造價(jià)。

Ramesh 說(shuō)，把原型設(shè)備做小不存在根本性的障礙，但是實(shí)踐性挑戰(zhàn)是有的。

此外，目前原型設(shè)備是整體照射的，這種做法顯然缺乏實(shí)用。但是設(shè)計(jì)出能逐個(gè)照射內(nèi)存單元的系統(tǒng)是件麻煩事。因此工程師必須想辦法設(shè)計(jì)出可以單獨(dú)照射內(nèi)存單元的光學(xué)組件。