Běžná elektronika není stavěna na extrémní teploty, takový chytrý telefon může mít problémy už v parném dni. Paměti mohou za vyšší teploty ztratit schopnost uchovávat informace. Co kdybychom ale chtěli počítače, které dokážou fungovat uvnitř tryskového motoru nebo na povrchu Venuše?
Ve studii publikované v Nature Electronics Deep Jariwala a Roy Olsson z Pensylvánské univerzity a jejich kolegové demonstrovali paměťovou technologii schopnou odolávat teplotám až 600 °C – což je více než dvojnásobek tolerance jakýchkoli komerčních disků dostupných na současném trhu – a fungovat v tomto prostředí více než 60 hodin. Výsledky otevírají cestu k lepším senzorům pro extrémní podmínky, ale autoři studie zmiňují také systémy umělé inteligence, které budou schopné zpracovávat velké množství dat u jejich zdroje, i kdyby mělo jít třeba o jaderný reaktor.
Vyvinutá paměť je nevolatilní. Na rozdíl od tradičních disků na bázi křemíku, které začínají selhávat při teplotě kolem 200 °C, však výzkumníci navrhli svůj disk s použitím feroelektrického nitridu hliníku a skandia (AlScN). Tento materiál dokáže udržet daný elektrický stav (tj. data) i bez vnějšího elektrického pole a při vyšších teplotách. V krystalové struktuře AlScN jsou vazby mezi atomy stabilní a pevné. Konstrukce a vlastnosti vyvinutého zařízení umožňují také rychlé přepínání mezi elektrickými stavy, tj. zápis a čtení dat vysokou rychlostí. Zařízení se skládá ze struktury kov-izolátor-kov, zahrnující niklové a platinové elektrody s tenkou (45 nanometrů) vrstvou AlScN. Systém je kompatibilní s vysokoteplotními logickými prvky z karbidu křemíku, což umožňuje, aby paměťové zařízení fungovalo ve spojení s vysoce výkonnými výpočetními systémy (procesory atd.) určenými pro extrémní teploty.
Na bázi samotného karbidu křemíku lze vysokoteplotní elektroniku budovat rovněž, nicméně pro výpočty s velkým objemem dat (úlohy umělé inteligence apod.) nedokážou poskytnout dostatečný výkon a dostatečně rychlý přístup k datům. Oddělení procesoru a paměti (kdy v extrémních podmínkách probíhá pouze sběr dat a jejich zpracování pak jinde) je také možné, ale může snižovat efektivitu a vnášet do procesů úzká místa.
Dhiren K. Pradhan et al, A scalable ferroelectric non-volatile memory operating at 600 °C, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01148-6
Zdroj: University of Pennsylvania / TechXplore.com