打造記憶體儲存單元的「異次元空間」,成大團隊研發光控多位元記憶材料

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 22 日 15:25 | 分類 儲存設備 , 奈米 , 尖端科技 follow us in feedly


只能儲存 0 與 1 資訊的傳統記憶體已不夠看,由成大物理系楊展其助理教授、陳宜君教授領導的團隊,在新世代記憶體材料「鐵酸鉍」的操控方式上帶來重大突破,能在一個儲存單元中同時具有八種邏輯狀態,大幅提升儲存資訊的密度。

大家都想擁有體積更小、速度更快、容量更大、價格更便宜的記憶體,那麼業界有哪些技術可以達到上述目的?見下方記憶體儲存單元示意圖。第一種方法是讓儲存單元更加密集,你可以想像儲存單元就像一棟棟透天厝,每棟房子裡住著一戶人家(一組資訊),然而房子之間的距離也有極限值,目前最好技術已經擁擠到每隔幾百奈米就蓋一棟透天厝。

想在同一塊土地上住更多人口該怎麼辦?第二種能儲存更多資訊的方法就應運而生:從透天厝變成摩天大樓吧。我們可以將儲存單元一層一層疊成三維垂直結構,大幅提高資訊儲存密度,適用於快閃記憶體與電阻式記憶體,然而,堆疊也不是那麼簡單,每疊一層就是一道技術瓶頸,不只製程繁瑣,且成本高昂,因此到目前為止,這種技術都還沒有成功商業化。

這時候我們就能來看看成大團隊研發的「光控多位元記憶材料」強勢在哪:一個極小儲存單元中擁有多個位元記憶態。具體白話就是:一棟透天厝裡藏有異次元空間,原本只能住一戶人家的房子,現在可以住超多戶,因此房子也不用蓋那麼多了,自然就可縮小記憶體體積。

關鍵材料在於同時具有多種有序組態的鐵酸鉍(Bismuth ferrite,BiFeO3),以及關鍵技術「光撓效應」。

以磁性金屬薄膜為主材料的傳統硬碟為例,成功大學物理學系陳宜君教授說,這種傳統材料只具有一個鐵磁有序性,用以記錄 0 與 1 的資訊;然而多鐵性材料鐵酸鉍的記憶單元為材料內自發的電偶極矩與電子自旋排列方向,記憶單元理論上可達次奈米尺度,且可在同一點存在多個記憶狀態,即同時包含電、磁與反鐵磁有序,一次可紀錄高達八種邏輯狀態(0~7)於單個儲存單元中。

比起傳統只能儲存 0 與 1 的單位元記憶體,這將大幅提升儲存資訊的密度。

此外研究還有一個突破點,是可用光照去調控三位元記憶組態,成功大學物理學系楊展其助理教授表示,如此一來材料即元件,完全不需任何電路設計,只要利用光學技術就能寫入資訊,讓這種材料可被直接導入結合尖端光學技術的跨領域科技,比如量子儲存、量子通訊等。

雖然這種技術極其新穎,業界目前會不會考慮採用還是個謎,但無庸置疑,這種技術有很大機會應用於量子電腦。新論文發表在《自然材料》(Nature Materials)期刊。

▲ 正中間為成功大學物理學系陳宜君教授,右三為成功大學物理學系楊展其助理教授。

(圖片來源:科技新報)