您是否曾經感覺到手機在多次使用後變熱，或者在最糟糕的時間看到電池耗盡？一個重要原因是設備內部的電子電路和記憶體，它們在工作時消耗能量並釋放熱量。
在基本層面上，電腦記憶體將資訊儲存為 0 和 1，控制電流流過材料的難易度。如果科學家能夠設計出耗電量少得多的記憶體，就可以大幅降低手機、電腦和其他電子產品的電力需求。
低功耗記憶體的新方法
旨在解決這個問題的想法可以追溯到 1971 年，當時研究人員提出了鐵電隧道結 (FTJ)。這種類型的記憶體依賴鐵電性，即改變材料內部電極化的特性。當這種極性發生變化時，它會影響電流流動的容易程度，從而允許設備儲存資料。
儘管有這樣的前景，但隨著設備尺寸的縮小，用於此類記憶體的傳統材料已經陷入困境。隨著組件變小，性能往往會下降，限制了技術的發展。
氧化鉿可實現超小型記憶體
2011 年取得了重大突破，當時科學家發現氧化鉿這種廣泛使用的材料即使在非常薄的情況下也能保持其電極化。基於這項發現，東京科學研究所（科學東京）的 Yutaka Majima 教授和他的團隊（科學東京）著手開發一種非常小的儲存設備，只有 25 奈米，大約是人類頭髮厚度的千分之三。
在奈米尺度上修復洩漏
將記憶體減少到如此規模是一個重大挑戰。電流通過材料微小晶體之間的邊界逸出，這長期以來阻礙了進一步的小型化。
研究人員沒有試圖避免這個問題，而是採取了不同的方法。他們使設備變得更小，從而減少了這些晶體限制的影響。
他們還開發了一種新的製造方法，透過加熱電極使其自然形成半圓形。這種設計創造了一種更接近單晶體的結構，這意味著可能發生洩漏的邊界更少。
突破，更小意味著更好
透過將這種結構設計與極端小型化相結合，該團隊在他們的設備中實現了高性能。更重要的是，他們表現出了一些意想不到的東西。記憶體越小，效能越好，推翻了電子領域長期以來的假設。
這對未來的設備意味著什麼
如果這項技術應用於現實世界，可能會產生深遠的影響。智慧手錶等設備一次充電即可運行數月，連接的傳感器網路無需頻繁更換電池即可運作。
在人工智慧 (AI) 中，這種類型的記憶體可以使用更少的能量執行更快的處理。由於氧化鉿與現有的半導體製造相容，因此這種新型記憶體可以相對快速地整合到日常電子產品中。
研究員評論
質疑科學看似的限制——例如「我們不能把東西變得更小」或「如果我們這樣做，它們就會破裂」——就像在黑暗中行走一樣。這是一場持續不斷的戰鬥。然而，透過挑戰傳統假設並探索克服這些障礙的新方法，我們能夠發現一個全新的視角。如果這項成就能夠喚醒年輕人的好奇心，讓他們塑造未來並幫助建立一個更美好的世界，我將感到非常高興。 ——Yutaka Majima，東京科學研究所綜合研究所材料與結構實驗室教授。
