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成大研发光控多位元记忆材料 登上国际顶尖期刊Nature Materials
 

【CTIMES/SmartAuto 报导】   2019年05月22日 星期三

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成大物理系杨展其助理教授与陈宜君教授带领研究团队,研发出相当罕见的光调控多元记忆材料━铁酸铋(BiFeO3),其特殊性在於一个储存单元可以含有高达8种排列组合的记忆状态,颠覆现行电脑一个储存单元只有0与1两种状态的限制。

左起杨展其、刘懿德、陈宜君
左起杨展其、刘懿德、陈宜君

多元记忆体概念未来发展将使得资料储存空间大大扩增,初估至少较现行的记忆储存基础提高4倍储存量。研究成果大受瞩目,登上5月国际顶尖期刊Nature Materials (自然材料)。

这种多元记忆的概念可在一个位元的面积上同时储存N位元的资料,将摩尔定率的尺寸极限上进行了N倍的延伸,大幅提升硬碟与记忆体储存资料的密度与效率,体积也能有效缩减,一旦广泛使用,对资讯科技发展的影响不言可喻。

全新的多元记忆材料,较现行的记忆储存基础提高4倍储存量,体积缩减并连带降低能源消耗。可以预见,多元记忆体概念进一步发展将使电脑更为轻巧,未来不再需要经常清空手机、电脑空间;个人行动装置、笔电等资料储存空间大幅扩增,等同个人的云端站,不需要再额外租用云端空间,将可能促使云端租用价格下降。

杨展其指出,传统硬碟与快闪记忆体材料因物理上的限制,为了提升储存资料的密度,只能不断缩小记忆体单元,目前记忆体单元制程微缩技术已进入奈米阶段,终会达到极限,一定得设法突破,而这也是未来资讯科技持续发展的关键。

这项创新研究成果为杨展其、陈宜君带领博士生刘懿德、吴沅致与硕士邱宇佑等成员,前後费时近2年时间共同完成。

成大团队的研究,不只让调控铁酸铋材料功能的选择由磁场、电场,又新增了光调控,在元件设计上提供更多的自由度,大幅提高铁酸铋整体的应用性与价值。团队一开始藉由先进的雷射分子束磊晶技术,将铁酸铋原本不易调控的菱方晶结构,设计成容易调控的单斜晶结构,以增加光调控材料功能的可行性。经过1年多不断反覆实验,终於突破性的做到让铁酸铋材料可受光照控制。也发现,改变结构状态的铁酸铋与未改变相较,对外加的电场或磁场反应更为灵敏。

具备铁有序性的材料,很适合做为储存资料的记忆媒介,团队在铁酸铋上实现了光调控材料功能性的梦想後,又从实际上常遇到的资料储存空间不够用的问题,进一步探讨,能否用光调控方式,在铁酸铋材料上非挥发式地储存资料(即便不??电,记忆的资料也不流失)。不像以磁场、电场调控写入资料得额外於材料上进行复杂的电路制程,用光调控直接就能将资料写入储存,可说「材料即是元件」。此外,铁酸铋的记忆单元理论上可缩小至数个原子层级,利用此类材料来储存资料,记忆单元较电场、磁场控制的记忆单元更小,相同的空间能够储存更高密度的资料。

铁酸铋能够大幅提升资料储存密度,关键在於其「多铁性」的特性。陈宜君指出,目前电脑硬碟所用的材料为磁性金属薄膜,只有一个铁有序性,储存单元只有0与1两种排列组合。铁酸铋的多种铁有序性,含铁电、铁磁与反铁磁有序,理论上每个储存单元可以一次纪录8种排列组合,本研究的特殊性在於可进一步用光调控这些多铁性。由於光是交变的电磁波,因此在传统经验中,光无法对材料重复的写入不同记忆组态。成大团队的突破关键性技术,可利用光照产生的局部形变进而控制铁酸铋中的多位元记忆组态。

關鍵字: Nature Materials  多元记忆  成大 
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