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杭榮
要想讓粘貼式顯示器、智能繃帶和廉價(jià)的柔性塑料傳感器真正起飛，它們將需要某種可以建立在塑料上長期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法。在柔性電子的生態(tài)系統(tǒng)中，擁有存儲(chǔ)器選項(xiàng)是非常重要的。
但是今天的非易失性存儲(chǔ)器版本，如閃存，并不是很適合。因此，研究人員決定嘗試將一種相變存儲(chǔ)器適應(yīng)于塑料時(shí)，他們得到了一種更好工作的存儲(chǔ)器，因?yàn)樗墙⒃谒芰仙系?。重置存?chǔ)器所需的能量比以前的柔性版本低一個(gè)數(shù)量級。他們本周在《科學(xué)》雜志上報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)。
相變存儲(chǔ)器(PCM)對塑料電子產(chǎn)品來說不是一個(gè)明顯的勝利。它以電阻狀態(tài)存儲(chǔ)其位。在其結(jié)晶階段，它的電阻很低。但在設(shè)備中運(yùn)行足夠的電流會(huì)融化晶體，使其在非晶相中凍結(jié)，從而具有更高的電阻。這個(gè)過程是可逆的。重要的是，特別是對于實(shí)驗(yàn)性的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，PCM可以存儲(chǔ)中間水平的電阻。因此，一個(gè)單一的設(shè)備可以存儲(chǔ)多于一個(gè)比特的數(shù)據(jù)。
不幸的是，通常涉及的一組材料在像塑料這樣的柔性基材上不能很好地工作。研究人員決定嘗試一種叫做超晶格的材料，即由不同材料納米層組成的晶體。在研究這些超晶格時(shí)，研究人員得出結(jié)論，它們應(yīng)該是非常熱絕緣的，因?yàn)樵谄浣Y(jié)晶形式下，層與層之間存在原子級的間隙。這些"類似范德瓦爾斯的空隙"既限制了電流的流動(dòng)，也限制了熱量。因此，當(dāng)電流被迫通過時(shí)，熱量不會(huì)迅速從超晶格中流走，這意味著從一個(gè)階段切換到另一個(gè)階段需要更少的能量。
研究人員進(jìn)行了100多次嘗試，以產(chǎn)生具有正確范德瓦爾斯間隙的超晶格。一張黑白的顯微照片，標(biāo)記為5nm的超晶格結(jié)構(gòu)由碲化銻和碲化鍺的交替層形成。層與層之間形成類似范德瓦爾斯的空隙，限制了電流和熱量的流動(dòng)。
研究人員通過將電流限制在一個(gè)600納米寬的孔狀結(jié)構(gòu)中來保持記憶裝置中的熱量，該結(jié)構(gòu)被絕緣的氧化鋁所包圍。最后一層絕緣層是塑料本身，它對熱流的抵抗力比通常建立在硅上的PCM要好得多。完成的裝置的電流密度約為每平方厘米0.1兆安培，比傳統(tǒng)的硅上PCM低兩個(gè)數(shù)量級，比以前的柔性裝置好一個(gè)數(shù)量級。此外，它顯示了四種穩(wěn)定的電阻狀態(tài)。所以它可以在一個(gè)設(shè)備中存儲(chǔ)多個(gè)比特的數(shù)據(jù)。
(原標(biāo)題：研究人員開發(fā)超晶格材料存儲(chǔ)器 用于柔性電子可穿戴設(shè)備)
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號
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