Учёные Фуданьского университета (Fudan University) в Шанхае создали экспериментальную энергонезависимую память, в которой для хранения одного бита достаточно единственного электрона — минимально возможного носителя электрического заряда. Для коммерциализации этой разработки будет создана компания, которая намерена вывести продукт на рынок в течение трёх–пяти лет.

Разработка получила название Guiyi («Гуйи»), что означает буддийское понятие «Единства» — необъятного множества в чём-то предельно малом. Публикация по проекту вышла 16 июля в журнале Science. Предложенная учёными память несоизмеримо плотнее современных вариантов флеш-памяти. Сегодня каждый бит данных сохраняется в заряде, формируемом из сотен тысяч электронов.

Главной помехой на пути к одноэлектронной памяти оставалась так называемая паразитная краевая ёмкость. Электромагнитное поле между двумя электродами не может быть идеальным и всегда ведёт к накоплению паразитного заряда, в шумах которого легко теряется заряд от одного электрона. Чтобы подавить паразитные явления учёные использовали атомарно тонкие двумерные материалы и разработали самовыравнивающуюся планарную архитектуру, в которой сток, канал и исток размещены в одной плоскости. Такая «объединённая» архитектура подавила краевые ёмкостные эффекты, а слой графена послужил барьером, не дающим захваченному электрону покинуть область хранения.

Добавление или удаление всего одного электрона в ячейке памяти изменяло пороговое напряжение транзистора сразу на 0,5 В, благодаря чему два состояния ячейки можно было уверенно различать обычными средствами современной электроники. Это почти на порядок больше, чем в известном эксперименте 1997 года, где одноэлектронный сигнал составлял около 55 мВ и сохранялся менее пяти секунд. При этом новая ячейка удерживала состояние без питания при комнатной температуре. Авторы также обнаружили дискретные зависимости от напряжения программирования и пообещали разработать вариант многоуровневой записи с использованием одного электрона.

Одноэлектронная запись обещает резко увеличить плотность энергонезависимой памяти и уменьшить энергию, расходуемую на переключение ячеек. Разработчики связывают технологию с будущими вычислительными системами, в которых крупные модели искусственного интеллекта смогут хранить больше данных рядом с вычислительными блоками, сокращая энергозатратную пересылку данных.

В настоящий момент продемонстрировано только отдельное лабораторное устройство. Для создания полноценного массива памяти ещё предстоит подтвердить ресурс перезаписи, скорость, процент выхода годных ячеек и стабильность параметров при массовом производстве. Для коммерческого продвижения разработки осенью этого года будет создана отдельная компания, которая будет намереваться вывести новый продукт на рынок в течение трёх–пяти лет.

Источник: SCMP