10.6 Память объемом в 100 Гбайт благодаря нанотехнологиям

Исследователи при лондонском Imperial College объявили о том, что разработали новую технологию, которая позволит создавать трехмер­ные микрочипы. На их основе можно будет создавать моду­ли памяти очень высокой, по сегодняшним меркам, емкости. Новый чип может вме­щать большой объем дан­ных на малой площади, для этого используется сложная сеть взаимосвя­занных нанообъектов — узлов сети. В этих же уз­лах могут быть задейство­ваны базовые вычисли­тельные функции, т.е. это что-то весьма напомина­ющее нейронную сеть с ее нейронами и аксонами. Последние исследования ученых из Универ- ситета Шеффилда и Уни­верситета Дурхэма позво­ляют рассчитывать на то, что на основе данной технологии в скором времени можно будет создавать носители памяти, сравнимые по емко­сти с современными жесткими дисками, но при материальных затра­тах на производство таких же носителей, как у микросхем памяти. Таким образом, емкость микросхем памяти можно будет увеличить до 0,5-100 Гбайт!

Рассел Коуберн, профессор нанотехнологии при Imperial College, отметил: «Новые мобильные телефоны со встроенным видео популяр­ны сейчас, но им не хватает того объема памяти, которым они сейчас комплектуются или которым могут быть расширены. Наша техноло­гия позволит превратить их в полноценные многофункциональные ус­тройства».

Технология основана на исследованиях Коуберна и его коллег. Они обнаружили, что с помощью нанотехнологии можно репродуцировать ключевые функции современных и привычных полупроводниковых продуктов. При этом используется лишь спин электрона, который от­вечает за магнетизм. Сейчас команда профессора Коуберна работает над воплощением технологии в реальных продуктах.

10.6.1Магнитная flash-память на основе углеродных нанотрубок

Известно, что размеры углеродных нанотрубок сопоставимы с разме­рами молекул. Средний диаметр однослойной углеродной нанотрубки составляет около 1 нм. Если же удастся «заставить» одну нанотрубку хранить один бит информации, то память на их основе будет хранить колоссальные объемы информации, ведь современные ячей­ки flash-памяти, хранящие один бит информации, имеют размеры от 50 до 90 нм.

Ученые из Техасского университета уже довольно давно работа­ют над проблемой создания flash-памяти на основе углеродных на­нотрубок. Исследователи хотят добиться плотности хранения ин­формации около 40 Гбит/см. Но и это еще не предел. Как утверждают исследователи, расположив нанотрубки в различных слоях памяти, можно создать трехмерный чип flash-памяти, который будет хра­нить информацию до 1000 Тбит/см. Для сравнения, 1 Тбайт — это количество информации, которое можно записать на 26 DVD-дисках.

Архитектура flash-памяти на основе нанотрубок довольно проста (рис. 10.10): каждая ячейка памяти состоит из двух пересекающихся нанотрубок, содержащих внутри примеси железа или помещенных в ферромагнитное окружение. Ученые собираются хранить инфор­мацию в нанотрубках, используя принцип магнитной записи, ана­логичный тому, что применяется в компьютерных винчестерах. В роли носителя информации выступит матрица нанотрубок. Как говорит один из исследователей, Лазло Киш: «...В матрице нано­трубок каждое место их пересечения может хранить один бит ин­формации».

Рис. 10.10. Матрица ячеек памяти из нанотрубок

Ток, протекающий через немагнитный слой, окруженный дву­мя намагниченными слоями, зависит от их магнитной ориента­ции в пространстве. Каждый электрон имеет свою магнитную ори­ентацию, поэтому слои, ориентированные согласно с электронами, не будут препятствовать протеканию тока, в то время как слои, ори­ентированные противоположно, будут препятствовать протеканию тока.

В нанопамяти роль слоев будут играть пересекающиеся нанотрубки, магнитную ориентацию которых можно будет менять с по­мощью электрических импульсов различной полярности. А считы­вать логическое состояние «1» или «О» будут более слабые эле­ктрические сигналы определенной полярности. Таким образом, если магнитная ориентация нанотрубок установлена противоположно посылаемому импульсу считывания, то по низкой амплитуде тока импульса будет определяться значение «О». И наоборот, если маг­нитная ориентация нанотрубок совпадает с направлением электро­нов в импульсе, то амплитуда тока импульса будет соответствовать логической «1». Полученная память будет энергонезависимой, т.е. при снятии напряжения с устройства данные на чипе будут хра­ниться.

Как мы говорили ранее, нанотрубки характеризуются довольно ма­лыми размерами и хорошей проводимостью электричества. «Благодаря этим двум факторам можно сделать предположение, что готовый чип будет хранить достаточно много информации и потреблять при работе мало энергии. Также скорость чтения/записи будет высокой — до 1000 Гбит в секунду», - говорит Киш.

Однако память на основе нанотрубок - только проект. В этом году ученые планируют изготовить прототип одной ячейки хранения дан­ных для того, чтобы узнать, при каком напряжении и в каких услови­ях будет работать новое наноустройство. Далее, собрав несколько эле­ментов в трехмерный слой, исследователи хотят создать первый трехмерный чип памяти. Как заявляет руководитель работ профессор Аджаян, прототип рабочего трехмерного чипа будет готов уже через пять лет.

Известно, что потребовалось около 15 лет для того, чтобы создать интегральные компьютерные чипы, разработанные Нобелевским лауреа­том Джеком Килби. Работа над элементами на основе нанотрубок нахо­дится в таком же зачаточном состоянии, как и изготовление первого транзистора, поэтому внедрения этой технологии в наноэлектронику придется подождать.

О результатах своей работы ученые доложили в февральском выпус­ке журнала Applied Physics Letters 2005 г.