Các công nghệ hằng ngày, như điện thoại thông minh, trung tâm dữ liệu trí tuệ nhân tạo, thiết bị theo dõi sức khỏe đeo được, phụ thuộc vào bộ nhớ của chip, thường tiêu thụ một lượng năng lượng khổng lồ.
Nghiên cứu mới của các nhà vật lý tại Đại học Auburn, đưa ra giải pháp bằng cách khám phá các tinh thể mỏng như nguyên tử, có thể đổi mới thiết kế bộ nhớ. Nghiên cứu, công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces, tập trung vào memristor, thiết bị siêu mỏng có thể “ghi nhớ” các tín hiệu điện trong quá khứ.
Không giống như chip nhớ truyền thống, memristor có thể chuyển đổi giữa việc dẫn điện như kim loại và chặn điện như chất bán dẫn. Điều này khiến chúng trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các thiết bị điện tử trong tương lai, nơi hiệu quả và tốc độ là yếu tố then chốt.
Trọng tâm trong nghiên cứu của nhóm Đại học Auburn là dichalcogenide kim loại chuyển tiếp (TMD), các tinh thể có thể bóc tách xuống chỉ còn vài nguyên tử. Điều khiến TMD đặc biệt thú vị là cách chúng phản ứng với các điện cực - kim loại gắn vào thiết bị dẫn truyền tín hiệu điện.
Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng, bằng cách lựa chọn cẩn thận các điện cực này, họ có thể kiểm soát dễ dàng mức độ chuyển đổi giữa các trạng thái của vật liệu. Điều này có nghĩa là các kỹ sư có thể thiết kế bộ nhớ vừa đáng tin cậy hơn, vừa tiêu thụ ít điện năng hơn.
Các hệ thống như vậy có thể chạy các tác vụ trí tuệ nhân tạo hiệu quả hơn nhiều so với chip hiện nay. Ngoài AI, memristor dựa trên TMD cũng có thể tích hợp vào các thiết bị linh hoạt và đeo được, cho phép thiết bị cấy ghép y tế hoạt động trong nhiều năm chỉ với một viên pin hoặc quần áo được tích hợp cảm biến thích ứng.
Để hiểu rõ hơn về cơ chế vật lý đằng sau hành vi chuyển đổi này, nhóm nghiên cứu Đại học Auburn sử dụng mô hình máy tính tiên tiến để nghiên cứu cách TMD thay đổi ở cấp độ nguyên tử.
Họ phát hiện sự tương tác giữa các điện cực và các lỗi nhỏ trong mạng tinh thể, được gọi là các chỗ trống, giúp dễ dàng chuyển đổi giữa pha cách điện và pha kim loại. Những phát hiện này phù hợp với kết quả thực nghiệm, cho thấy hiệu ứng này vừa có thật, vừa có tiềm năng hữu ích trong các thiết bị trong tương lai.
