Υβριδικό υλικό με ελαστική δομή φέρνει επανάσταση στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές

Ένα νέο υλικό με ιδιότητες που θυμίζουν σάντουιτς ανοίγει τον δρόμο για υπολογιστές που θα είναι ταχύτεροι και θα καταναλώνουν πολύ λιγότερη ενέργεια. Πρόκειται για μια υβριδική ένωση που αλλάζει εσωτερική δομή όταν πιεστεί, μια δυνατότητα που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε επόμενης γενιάς μνήμες υπολογιστών, οι οποίες δεν θα χρειάζονται συνεχή τροφοδοσία για να διατηρούν δεδομένα.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον μελέτησαν λεπτομερώς πώς αντιδρά αυτό το υλικό σε διαφορετικά επίπεδα πίεσης. Η ανακάλυψή τους δείχνει ότι ίσως βρισκόμαστε μπροστά σε μια νέα εποχή αποθήκευσης και επεξεργασίας πληροφοριών, με τεχνολογίες που ξεπερνούν τα σημερινά όρια.

Ένα υλικό που αλλάζει σχήμα υπό πίεση

Όπως διαβάζουμε στο The Brighter Side News, το μυστικό κρύβεται στον σχεδιασμό του. Συνδυάζει το ανόργανο τελλουρίδιο του ψευδαργύρου με μια οργανική ουσία που ονομάζεται αιθυλενοδιαμίνη. Η δομή του θυμίζει στρώσεις από κεραμικό και πλαστικό: τα σκληρά στρώματα δίνουν σταθερότητα, ενώ τα πιο «μαλακά» τμήματα συμπιέζονται εύκολα. Έτσι, όταν ασκηθεί πίεση, το υλικό μπορεί να μετασχηματιστεί με ελεγχόμενο τρόπο, κάτι που είναι πολύτιμο για εφαρμογές στην αποθήκευση δεδομένων.

Αυτός ο συνδυασμός, που ανήκει στην κατηγορία των υβριδικών οργανικών-ανόργανων ημιαγωγών, χαρίζει στο υλικό μοναδικές ιδιότητες: σταθερή κρυσταλλική δομή, ανθεκτικότητα αλλά και ευελιξία στην αλληλεπίδραση με το φως. Το πιο εντυπωσιακό όμως είναι ότι όταν πιέζεται, παρουσιάζει απότομες μεταβολές που μπορούν να αξιοποιηθούν για την ανάπτυξη μνημών.

Μνήμη που λειτουργεί χωρίς συνεχή ενέργεια

Για να παρακολουθήσουν τις αλλαγές, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα ειδικό υλικό με την ονομασία DAC (diamond anvil cell), που μπορεί να ασκήσει πιέσεις εκατοντάδες χιλιάδες φορές ισχυρότερες από την ατμοσφαιρική, σε συνδυασμό με ένα σύγχρονο σύστημα περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ. Με αυτά τα εργαλεία διαπίστωσαν ότι το υλικό υφίσταται δύο διαφορετικές αλλαγές φάσης, σε σχετικά χαμηλά επίπεδα πίεσης, πολύ χαμηλότερα από ό,τι συμβαίνει σε παρόμοιες ενώσεις. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αλλάζει μορφή με λιγότερη ενέργεια, γεγονός που το καθιστά εξαιρετικά ελκυστικό για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών μνήμης.

Η μνήμη φάσης λειτουργεί με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο από τις συμβατικές μνήμες. Αντί να βασίζεται σε ηλεκτρικά φορτία, χρησιμοποιεί τις διαφορετικές μορφές που μπορεί να λάβει ένα υλικό. Κάθε φορά που αλλάζει φάση, μεταβάλλονται ιδιότητες όπως η ηλεκτρική αντίσταση ή η απορρόφηση φωτός. Έτσι, μπορεί να καταγράφει δεδομένα με τρόπο που δεν απαιτεί συνεχή παροχή ρεύματος, προσφέροντας μεγαλύτερη ταχύτητα και αντοχή.

Ένα ακόμη χαρακτηριστικό που κέντρισε το ενδιαφέρον των επιστημόνων είναι η ανισοτροπία του υλικού, δηλαδή το γεγονός ότι συμπεριφέρεται διαφορετικά ανάλογα με την κατεύθυνση της πίεσης. Σε ορισμένους άξονες συρρικνώνεται έως και τέσσερις φορές περισσότερο σε σχέση με άλλους. Αυτή η ευαισθησία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την προσαρμογή του σε εξειδικευμένες εφαρμογές.

Οι ερευνητές, των οποίων η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό AIP Advances κατέγραψαν επίσης αλλαγές στους δεσμούς συγκεκριμένων χημικών ομάδων μέσω υπέρυθρης φασματοσκοπίας, γεγονός που ενισχύει την εικόνα μεγάλων δομικών μετασχηματισμών στο εσωτερικό του υλικού. Όλα αυτά υποδηλώνουν ότι η ένωση δεν είναι απλώς ένα πολλά υποσχόμενο υλικό μνήμης, αλλά ίσως και ένα εργαλείο για νέες τεχνολογίες φωτονικής, όπου το φως αντί του ηλεκτρισμού χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων.

Η δυνατότητα του υλικού να εκπέμπει υπεριώδες φως και πιθανώς να αλλάζει την εκπομπή του ανάλογα με τη φάση στην οποία βρίσκεται, ανοίγει τον δρόμο για εφαρμογές σε οπτικούς διακόπτες και δίκτυα οπτικών ινών. Η ευελιξία του το καθιστά υποψήφιο και για οπτική υπολογιστική, όπου ταχύτητα και ενεργειακή απόδοση είναι κρίσιμες.