Физики создали прототип запоминающей ячейки на основе наночастиц. Их разработка может стать основой для более вместительных запоминающих устройств. Благодаря исследованиям ученых НАНОПРОВОЛОКА позволит увеличить емкость флеш-карт.

Исследователи из Кембриджского университета и Технологического института в Кванджу (Корея) смогли создать энергонезависимую запоминающую ячейку на основе сверхтонкой проволоки из оксида цинка, окруженной наночастицами, сообщает журнал Nano Letters, посвященный физике и химии наносистем.

Созданная ячейка - пока всего лишь экспериментальный прототип, который даже нельзя подключить к компьютеру, но ученые отмечают в своей работе несколько интересных свойств своего детища.

Оно не требует постоянного подключения к источнику питания, в одну ячейку можно записать не один бит, а несколько, и, вдобавок, эти ячейки достаточно компактны.

Выпуск микросхем с памятью, в ячейках которой хранится сразу по 3 бита за счет возможности транзисторов переключаться в несколько разных состояний официально запущен компанией Samsung 13 октября 2010 года.

Наносистема - справка

Под наносистемами подразумеваются какие-либо системы, которые удается упорядочить на масштабах от десятков нанометров и менее. Классический пример наносистемы - углеродные нанотрубки. А работающий пример технологии, использующей наносистемы - процессор в персональном компьютере, размер отдельных деталей, например ширина проводников которого к 2010 году уменьшилась до 32 нм.

Один из примеров коммерческого применения нанотехнологий - процессор компании Intel семейства Clarkdale: внутри разместился собственно процессор и графический контроллер. Отметим, что в 2011 году процессоры по 32-нм технологии начнет производить и компания AMD, а к 2015 инженеры обеих фирм обещают внедрить и 11-нм стандарт.

ФЛЕШКИ против винчестеров

Флешки - подключаемые к USB-порту запоминающие устройства уже превзошли жесткие диски десятилетней давности если не по абсолютному объему, то по компактности и удобству. Карту памяти, в отличие от жесткого диска, можно поместить хоть в брелок для ключей, она меньше боится падений или ударов, а место для хранения данных исчисляется несколькими гигабайтами даже у недорогих моделей.

При желании и наличии некоторой дополнительной суммы денег можно даже купить внешний твердотельный накопитель вместо жесткого диска в компьютер - по сути, ту же самую флешку, только большей емкости. Для недорогих нетбуков ФЛЕШ-ПАМЯТЬ обходится даже дешевле, правда и объем ее будет намного меньше, чем у обычного диска. Но по цене одного гигабайта традиционные диски все же вне конкуренции.

Чтобы окончательно обойти жесткие диски в гонке за плотностью записи как в физическом (количество гигабайт на кубический сантиметр устройства), так и в финансовом (количество места для данных за тысячу рублей) отношении, флешкам нужны не просто усовершенствованные технологии, а что-то принципиально новое - но вот что?

Что делают ученые, которые работают с наночастицами и пытаются создать новые запоминающие устройства? Для ответа на эти вопросы стоит сначала разобраться в том, как работает ФЛЕШ-ПАМЯТЬ обычного типа.

Схема работы ФЛЕШЕК

Компьютерная память, будь то жесткий диск, флешка или еще какое-либо устройство, от ящика с перфокартами до DVD-привода - это некая система, способная сначала запомнить последовательность электрических импульсов, а потом выдать ее по первому требованию.

В определенном смысле основа флеш-карты устроена предельно просто: внутри микросхемы располагаются многочисленные транзисторы, микроскопические переключатели на полупроводниковой основе.

Транзистор либо пропускает ток, либо нет. Он подобен обычному выключателю, к которому приделали еще один контакт, подавая напряжение на который, можно либо «открыть», либо «закрыть» транзистор: открытый пропускает ток, а закрытый - нет.

Обычно сразу после того, как с управляющего контакта транзистора сняли напряжение, он закрывается, однако во флеш-картах добавлен еще один микроскопический элемент, который способен до десяти лет удерживать заряд, и за счет этого поддерживать транзистор в нужном положении.

И когда на флеш-карту переписывается фильм, фотография или любая другая информация, транзисторы один за другим переключаются в нужное состояние: открытые кодируют нули, а закрытые единицы.

Чтобы списать с карты информацию, достаточно подать напряжение и посмотреть, где сигнал будет, а где нет, а повторное подключение управляющих контактов перезапишет информацию заново. В общих чертах все предельно просто и вопрос только в том, как бы уменьшить размер транзисторов, заставить их поменьше потреблять электроэнергии при чтении-записи и не менять самопроизвольно свое состояние.

На основе транзисторов построена не только та память, которая названа фирмой Sony в 1984 году flash memory.

Но транзисторы - это вообще-то не все. Безусловно, описанная выше схема очень сильно упрощена. Например, пропущена информация, как считать информацию разом с нескольких миллиардов (!) ячеек, а ведь на гигабайтных картах их именно столько. И вопрос о том, как отличить свободные ячейки от тех, куда уже что-то записали, тоже пройден стороной вполне сознательно. Флеш-карта наряду с запоминающими ячейками содержит и сложнейшую управляющую электронику, подробный рассказ о которой явно требует расширенного описания в рамках другой статьи.

Наночастицы

Использованный британо-корейским коллективом подход воплотил один из возможных подходов к созданию ФЛЕШ-ПАМЯТИ нового образца. В современных транзисторах флеш-карт информация сохраняется благодаря накоплению заряда в небольшой области, называемой плавающим затвором, а исследователи попробовали вместо этого использовать окружающие полупроводниковую проволоку наночастицы.

Эти наночастицы изготовлены из материала, обладающего сегнетоэлектрическими свойствами. Сегнетоэлектрики в электрическом поле как и большинство материалов поляризуются (с одной стороны накапливая положительный, а с другой - отрицательный заряды), но в отличие от них при исчезновении поля сохраняют поляризацию.

В литературе сегнетоэлектрики называют «ферроэлектриками» - по аналогии с ферромагнетиками, которые после пребывания в магнитном поле сами становятся магнитами.

Оксид цинка и НАНОПРОВОЛОКИ из него - это материалы, которые пока рассматриваются как перспективные. Так же как графен, за который недавно дали нобелевскую премию двум британским физикам российского происхождения.

Оксид цинка используется обычно как белый краситель, однако из него можно получить и разноцветные кристаллы. Цвет кристалла определяется количеством атомов кислорода в кристаллической решетке.

НАНОПРОВОЛОКА из цинка обладала полупроводниковыми свойствами и стала за счет этого основой для транзистора. Наночастицы сегнетоэлектрика позволили обеспечить хранение заряда - по крайней мере, на протяжении десятка тысяч часов. Для лабораторного образца, призванного показать работоспособность самой идеи неплохо, равно как и то, что ученые смогли не просто сохранять транзистор в состоянии «открыто» или «закрыто».

Цинково-сегнетоэлектрический транзистор смог также пропускать ток в разной степени, в зависимости от приложенного к его управляющему контакту напряжения.

Нечто подобное реализовано в современных флеш-картах - так что у разработки ученых уже есть большие задатки потенциального конкурента на рынке микроэлектроники.