פיתוח ישראלי: רכיבי זיכרון ממוחשב יעילים במיוחד

שיתוף פעולה בין מדענים מהאוניברסיטה העברית ומכון וייצמן הניב רכיב זיכרון כזה, באמצעות ניצול הספין – כיוון הסיבוב של האלקטרון.

זיכרון ממוחשב קיים כמעט בכל מכשיר שאנו משתמשים בו. יש זכרונות ארוכי טווח, אך איטיים יחסית, כמו בהחסן נייד (דיסק און קי), וזכרונות קצרי טווח, אבל מהירים מאוד – כמו זכרון העבודה של המחשב (RAM). זכרונות כאלה גם דורשים מקור מתח חשמלי. מדענים רבים מנסים לפתח רכיב-על, שיהיה גם מהיר, גם ארוך טווח, גם זעיר, וגם לא זקוק למתח חשמלי. אחד הפתרונות האפשריים הוא זיכרון מגנטי, כמו בקלטות או דיסקטים, אך הבעיה היא שאת הרכיבים האלה קשה מאוד למזער לגדלים הדרושים בתעשיית האלקטרוניקה המודרנית. שיתוף פעולה בין מדענים מהאוניברסיטה העברית ומכון וייצמן הניב רכיב אפשרי כזה, באמצעות ניצול הספין – כיוון הסיבוב של האלקטרון.

סיבוב בתוך הסליל

כשאנו מעבירים זרם חשמלי בחומר, אנו גורמים לתנועה של האלקטרונים בתוכו. בחומר מוליך רגיל, כל האלקטרונים נעים באותו אופן, ואולם, בתנאים מסויימים אפשר להפריד בין האלקטרונים על פי כיוון הסיבוב שלהם סביב עצמם (לשם נוחות, מדענים מכנים את הכיוונים האלה “למעלה” ו”למטה”). כשמרכזים יחד רק אלקטרונים בעלי כיוון סיבוב (“ספין”) זהה, מקבלים מגנטיות, ואפשר למגנט בעזרתם מתכת המוצבת בסמוך. המגנוט הזה הוא הזיכרון: אפשר השתמש בו לאחסון מידע, לשמור את המתכת הממוגנטת וגם לפענח שוב את המידע שאוחסן, כלומר – לקרוא את הזיכרון. הבעיה היא – כיצד להפריד ביעילות בין אלקטרונים בעלי ספין שונה. כאן נכנס פיתוח של פרופ’ רון נעמן ממכון וייצמן (ראו קישור בתחתית הדף), המאפשר להשתמש בחומר בעל צורת סליל להפרדת האלקטרונים. החוקרים מהמחלקה לפיסיקה יישומית באונ’ העברית – פרופ’ יוסי פלטיאל, ד”ר שירה יוכליס ותלמיד המחקר אורן בן דור – עשו שימוש במולקולות אורגניות בעלות צורת סליל, או בחומרים כיראליים – חומרים שהמולקולות שלהם זהות מבחינה כימית, אבל מתחלקות לשני סוגים שהם בעצם תמונת ראי זה של זה (ונבדלים בתכונות האופטיות). הם השתמשו במוקלולות כאלה כדי להפריד בין אלקטרונים בעלי ספין שונה, ולמגנט ביעילות משטח ניקל, והרכיבו רכיב זיכרון פועל. “אנו חושבים הטכנולוגיה הזו יכולה בעתיד להתחרות עם טכנולוגיה קיימת”, אומר פרופ’ פלטיאל. “זו טכנולוגיה פשוטה ומבטיחה, אם כי עדיין צריך להתגבר על כמה מהמורות”.

משפרים זיכרון

במאמר בכתב העת Nature Communications, החוקרים מדווחים כי הצליחו לפתח רכיב כזה, אך בינתיים הוא פועל רק בטמפרטורות נמוכות מאוד – 223 מעלות (צלסיוס) מתחת לאפס. כעת הם שוקדים על התאמתו לעבודה בטמפרטורת החדר, בתקווה לייצר רכיב זיכרון שיהיה כאמור גם מהיר וגם יעיל. הוא גם יצרוך מעט מאוד חשמל לכתיבת הזיכרון (עקב הזרם הדרוש למגנוט המתכת), עוד פחות לקריאת הזכרונות, ולא יהיה דרוש שום זרם לשמירה על הזיכרון. “מה שצריך לעשות כעת זה להביא את הטכנולוגיה הקיימת לגדלים קטנים יותר ולטמפרטורות גבוהות יותר, כדי שהוא יוכל להתחרות בטכנולוגיות זיכרון הקיימות בשוק”, אומר פלטיאל. בינתיים, ההבטחה כבר כבר מעוררת עניין של משקיעים בפוטנציאל המסחרי הרב הגלום בפיתוח החדש. חברת “יישום” של האוניברסיטה העברית וחברת “ידע” של מכון ויצמן, כבר רשמו פטנט על הטכנולוגיה החדישה.