מדענים ביבמ פיתחו טכנולוגיה חדשה ברמה האטומית להטענת שבבי זיכרון

החוקרים ביבמ הציגו לראשונה אפשרות לשנות את תכונות ההולכה של תחמוצות מתכתיות, בין מצב מבודד למצב מוליך – באמצעות תוספת או הסרה של יונים של חמצן, הפועלים בהשראת שדות חשמליים בממשק עם תחמוצת נוזלית

מדענים במעבדות המחקר של יבמ רשמו פריצת דרך בתחום הנדסת החומרים ברמה האטומית, העשויה לסלול את הדרך לפיתוח סוג חדש של שבבי זיכרון ושבבים לוגיים, בעלי צריכת אנרגיה נמוכה משמעותית מזו של שבבים מבוססי סיליקון המוכרים לנו. במקום להשתמש בזרם חשמלי, המזין כיום את המוליכים למחצה האלה, גילו המדענים ביבמ דרך חדשה להפעיל שבבים באמצעות מטעני יונים זעירים: תוספת או הסרה של יונים ברמת האטום. הפיתוח של יבמ נחשף בגיליון החדש של כתב העת המדעי Science.

המחשבים המוכרים לנו כיום מבוססים על מוליכים למחצה המיוצרים בתהליכי CMOS. לאחר שלאורך שנים הצליחה התעשייה להכפיל מדי שנתיים את הביצועים ולצמצם בחצי את המימדים והעלויות הנדרשים לעומס עיבוד נתון, מתקרבים תהליכי הייצור הנוכחיים במהירות למגבלות הביצועים המוכתבות על ידי חוקי הפיזיקה. פתרונות חדשים עשויים להידרש כבר בעתיד הקרוב, על מנת לספק ביצועים גבוהים בצריכת זרם נמוכה.

החוקרים ביבמ הציגו לראשונה אפשרות לשנות את תכונות ההולכה של תחמוצות מתכתיות, בין מצב מבודד למצב מוליך – באמצעות תוספת או הסרה של יונים של חמצן, הפועלים בהשראת שדות חשמליים בממשק עם תחמוצת נוזלית. כאשר החומר התחמוצתי, המבודד על פי טבעו, עובר שינוי למצב של מוליך, הוא שומר על מצבו המתכתי גם לאחר כיבוי הזרם החשמלי. המאפיין הקבוע הזה, אומר כי שבבים המבוססים על העיקרון החדשני הזה יכולים לאחסן ולהעביר נתונים במתכונת יעילה יותר, במקום רכיבי זיכרון פנימי המוכרים כיום והדורשים שמירה על זרם קבוע.

היכולת להבין את החומר ולשלוט בו בקנה מידה אטומי, מאפשרת לתכנן חומרים חדשים ורכיבים הפועלים על בסיס עקרונות שונים לחלוטין מאלה של הטכנולוגיה מבוססת הסיליקון המוכרת לנו כיום. המעבר מרכיבים מבוססי זרם חשמלי לכאלה הפועלים על בסיס מטענים של יונים חשמליים לצורך שליטה באופי החומר, מציגה פוטנציאל לפיתוח סוגים חדשים של מכשירים ניידים. שימוש ברכיבים כאלה בשילוב עם ארכיטקטורה חדשנית של שבבים במבנה תלת-מימדי, עשוי להסיר את החשש מפני חסמים טכנולוגיים שימנעו את התפתחות התעשייה.
על מנת להציג את פריצת הדרך שלהם, כיסו החוקרים של יבמ חומר חומר תחמוצתי מבודד – vanadium dioxide – בנוזל אלקטרוליטי מוטען ביונים חיוביים. התהליך המיר את החומר המבודד למצב מתכתי מוליך. החומר שמר על מצבו הזה עד לחשיפתו לתמיסה אלקטרוליטית אחרת שהוטענה ביונים שליליים, והמירה אותו בחזרה למצבו המבודד.

מזה שנים ארוכות, מחפשים מדענים אחר חומרים כאלה, שיוכלו לעבור ממצב מוליך למבודד וחוזר חלילה. בניגוד להנחות שרווחו עד כה, גילה המחקר ביבמ כי ההזרקה וההסרה של חמצן אל תוך התחמוצת המתכתית היא האחראית לשינויים במצב החומר, בעת חשיפה לשדות חשמליים בעלי עוצמה גבוהה.

מעבר ממצב מוליך למצב מבודד הושג בעבר גם באמצעות שינויים בטמפרטורה או הפעלת לחץ חיצוני, בתהליכים שאינם ניתנים ליישום מעשי בעולם הרכיבים האלקטרוניים.