В ИФП СО РАН изучают квантовые точки для улучшения свойств элементов памяти

Возможности использования квантовых точек для создания новых элементов памяти исследует коллектив ученых из Института физики полупроводников (ИФП) им. А. В. Ржанова СО РАН, 3 марта сообщило издание СО РАН «Наука в Сибири». Разрабатываемая новосибирскими исследователями новая технология сможет улучшить такие характеристики памяти, как время хранения информации в энергонезависимом режиме, количество циклов перезаписи и скорость работы, что станет шагом на пути к созданию универсальной памяти. Квантовые точки — это нанокристаллы размером до 20 нанометров, состоящие при этом из тысяч атомов. Чтобы регулировать электрические, термические, оптические и другие свойства этих объектов и их величину, ученые пробуют при их получении брать различные материалы. Универсальная память, считают ученые, должна сочетать длительное энергонезависимое хранение информации (также как флеш или магнитные диски) с высокой скоростью обработки этой информации (как оперативная RAM). Свою работу исследователи ИФП СО РАН сконцентрировали на таком направлении создания универсальной памяти, как разработка флеш-памяти, в которой заряд хранится в массиве самоорганизованных квантовых точек. Они изучают способы получения квантовых точек с параметрами, необходимыми для универсальной памяти. Исследователи ищут материалы для формирования квантовых точек, которые будут обладать максимально возможной энергией локализации электронов, что необходимо для длительного хранения информации в ячейке памяти. Старший научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Демид Суад Абрамкин пояснил: «Существует множество подходов к созданию универсальной памяти, которая бы заменила собой традиционную флэш-память, используемую сегодня на большинстве вычислительных устройств. Мы с коллегами встали на путь применения квантовых точек для хранения заряда в рамках архитектуры флеш-памяти». Оперативная память служит для временного хранения данных непосредственно в моменты работы на вычислительном устройстве. Она не способна автономно работать, так как для работы ей требуется энергия. Универсальная память, как считают разработчики, позволит проводить внутри нее вычислительные действия без дополнительных процессоров. В этом случае, отметил ученый, «время обработки информации сократится во много раз по сравнению с технологиями, которые существуют сегодня. Квантовые точки, как объекты для создания нового вида памяти, имеют большой потенциал». В лаборатории ИФП СО РАН ученые выращивают квантовые точки с помощью процессов молекулярно-лучевой эпитаксии, когда в высоковакуумной камере с нагревателем и помещенной в ней подложкой испаряют металлы. Новосибирские физики под руководством Демида Суада Абрамкина выбрали для создания квантовых точек алюминий (Al) и галлий (Ga). Одновременно с металлами на подложку попадают такие элементы, как азот (N), фосфор и сурьма. При определенных условиях в камере испаряющиеся элементы собираются в нанокристаллы — квантовые точки. Контрастные свойства материала квантовой точки и окружающих толстых слоев полупроводников обеспечивают квантовым точкам возможность захватывать электроны. Новосибирские ученые в данный момент исследуют систему самоорганизованных GaN квантовых точек в матрице AlN. Результаты проведенного исследования коллектив ученых из ИФП СО РАН представил в статье «Перспективы использования самособирающихся квантовых точек GaN/AlN для создания универсальных элементов памяти» (Prospects of using self-assembled GaN/AlN quantum dots for universal memory elements), опубликованной в The Journal of Physics and Chemistry of Solids. В статье приведены расчеты, согласно которым такая система обеспечивает высокую энергию локализации электронов (1,5 эВ и выше), которой достаточно для энергонезависимого хранения заряда в течение 10 лет. «Сегодня наша работа сосредоточена в первую очередь на расчетах и вычислениях, то есть носит фундаментальный характер, — рассказал Демид Суад Абрамкин. — До создания первого прототипа потребуется еще много исследований. Развитие новых технологий в области памяти, поиски новых видов памяти и создание универсальной памяти — всё это способно перевернуть компьютерную архитектуру». Универсальная память будет востребована при создании суперкомпьютеров и квантовых компьютеров, потребляющих огромное количество энергии. При этом важнейшими требованиями при разработке крупных компьютерных систем являются высокие скорости обработки информации, большое количество циклов перезаписи и энергонезависимость. «Если говорить о более бытовых вещах, то универсальная память способна во много раз снизить энергопотребление в смартфонах, увеличив время их автономной работы без дополнительного заряда в несколько раз», — указал ученый. glavno.smi.today