Dù công nghệ
máy tính hiện tại có mạnh mẽ đến đâu thì nó vẫn có một số giới hạn không thể vượt
qua. Dữ liệu được mã hóa thành 2 trạng thái – 1 hoặc 0. Và dữ liệu này được lưu
trữ và xử lý ở các phần khác nhau của hệ thống máy tính nên cần phải được luân
chuyển qua lại, việc này tiêu tốn năng lượng và thời gian.
Nhưng một dạng
bộ nhớ máy tính mới xuất hiện, được gọi là bộ nhớ chuyển đổi điện trở, được thiết
kế để vận hành hiệu quả hơn nhiều. Thay vì chuyển một bit thông tin thành 1
trong 2 trạng thái có thể, loại bộ nhớ mới này có thể tạo ra một loạt trạng
thái liên tục. Điều này được thực hiện bằng cách đưa một dòng điện vào một số
loại vật liệu, khiến điện trở của chúng trở nên mạnh hơn hoặc yếu hơn. Một phổ
rộng của các mức chênh lệch nhỏ về điện trở này tạo ra một loạt các trạng thái khả
dĩ để lưu trữ dữ liệu.
Đồng tác giả của
nghiên cứu Tiến sĩ Markus Hellenbrand cho biết: “Một cây USB điển hình dựa trên
phạm vi liên tục sẽ có thể chứa nhiều thông tin hơn từ 10 đến 100 lần”.
Trong nghiên cứu
mới, nhóm nghiên cứu đã phát triển một nguyên mẫu thiết bị bộ nhớ chuyển mạch
điện trở được chế tạo bằng vật liệu gọi là hafnium ôxít, loại vật liệu đã được
sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn làm chất cách điện. Thông thường, việc
sử dụng nó cho bộ nhớ là một thách thức vì nó không có cấu trúc ở cấp độ nguyên
tử – các nguyên tử hafnium và ôxy của vật liệu được trộn lẫn ngẫu nhiên với
nhau. Nhưng ở đây, các nhà nghiên cứu Đại học Cambridge phát hiện ra rằng thêm
một thành phần bổ sung đã giúp thay đổi tình trạng đó.
Khi bari được
đưa vào hỗn hợp, nó tạo thành những “cầu nối” thẳng đứng giữa các màng hafnium ôxít
mỏng xếp chồng lên nhau. Vì những cầu nối bari này có cấu trúc cao nên các
electron có thể di chuyển qua chúng một cách dễ dàng. Một rào cản năng lượng được
tạo ra tại các điểm mà các cầu nối tiếp xúc với các điểm tiếp xúc của thiết bị
và chiều cao của rào cản này có thể được kiểm soát làm thay đổi điện trở của vật
liệu tổng thể. Nhờ đó, nó là thứ mã hóa dữ liệu.
Hellenbrand cho
biết: “Điều này cho phép tồn tại nhiều trạng thái trong vật liệu, không giống
như bộ nhớ thông thường chỉ có 2 trạng thái. Điều thực sự thú vị về các vật liệu
này là chúng có thể hoạt động giống như một khớp thần kinh trong não: chúng có
thể lưu trữ và xử lý thông tin ở cùng một nơi, giống như bộ não của chúng ta,
khiến chúng có nhiều hứa hẹn cho các lĩnh vực học máy và AI đang phát triển
nhanh chóng”.
Các nhà nghiên
cứu cho biết thiết bị của họ, sử dụng các màng mỏng hafnium ôxít được nối với nhau bằng các cầu nối bari, có một
số lợi thế trên con đường thương mại hóa. Thứ nhất, các cấu trúc này có thể tự
lắp ráp ở nhiệt độ tương đối thấp, dễ dàng hơn so với việc sản xuất ở nhiệt độ
cao mà nhiều cấu trúc khác đòi hỏi. Ngoài ra, các vật liệu này đã được sử dụng
rộng rãi trong ngành công nghiệp chip máy tính, do đó việc kết hợp chúng vào
các kỹ thuật sản xuất hiện có sẽ dễ dàng hơn. Các nghiên cứu khả thi về vật liệu
sẽ cho phép các nhà khoa học điều tra xem chúng có thể hoạt động như thế nào ở
quy mô lớn hơn.
HA (Đại học
Cambridge)