О фундаментальном

 


 

«Четвёртый элемент»

Научные работники исследовательского центра HP Labs под руководством Стенли Уильямса (R. Stanley Williams) доказали существование четвертого элемента электрической цепи.

Мемристор (англ. memory-память и resistor-сопротивление) является четвертым фундаментальным элементом электротехнической схемы, наряду с резистором, индуктивностью и емкостью, причем его свойства не могут быть продублированы ни одной из комбинаций этих трех элементов. Леон Чуа (Leon Chua), профессор университета в Беркли, предсказал его существование «на кончике пера» ещё в 1971 году, опубликовав в журнале «IEEE Transactions on Circuit Theory» теоретические выкладки о существовании еще одного пассивного элемента электронных схем. И вот теперь, в наши дни, Уильямс с тремя коллегами, опубликовали в «Nature» математическую модель и физический пример мемристора, который имеет свойство сохранять историю информации, которую он получил.

Мемристор состоит из тонкого слоя диоксида титана, расположенного между двумя платиновыми электродами. Под действием приложенного напряжения происходит изменение кристаллической структуры диоксида титана. Это изменение приводит к увеличению сопротивления элемента в тысячи раз, причем при отключении источника тока элемент сохраняет изменения, возникшие при протекании через него заряда.

Приведенная математическая модель физики мемристора позволит разработчикам создавать интегральные схемы, которые значительно повысят производительность и энергоэффективность вычислительной техники, используя свойства мемристора для создания элементов памяти нового типа, которые, в отличие от сегодняшних DRAM, не будут терять информацию при снятии напряжения. Компьютер с мемристорами будет сохранять информацию после выключения питания и не потребует процесса загрузки, экономя при этом, как энергию, так и время, требуемое на загрузку системы.

Действующий прототип мемристора, разработанный в HP Labs, способен вместить 100 Гбит информации на одной полупроводниковой пластине, что в 6 с лишним раз превышает возможности технологии микросхем флэш-памяти (16 Гбит). И это не предел — разработчики считают, что размеры элемента можно существенно уменьшить.

Первые чипы памяти на основе мемристоров могут появиться в потребительской электронике уже в 2013 году. На тот момент они будут сравнимы с чипами флэш-памяти по цене, но иметь, как минимум, вдвое большую плотность. Энергопотребление новой памяти будет в десять раз меньше, чем у флэш-памяти.

 


 
Полезные ссылки:

Фундаментальная наука

 


 

12 комментариев

  1. Закон Планка опровергнут на наноуровне

    Хорошо обоснованный физический закон Планка описывает передачу тепла между двумя объектами. Некоторые физики, да и сам Планк, считали, что он может нарушаться, когда объекты находятся очень близко друг другу.

    Исследователи из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) доказали, что тепло может передаваться в 1 000 раз интенсивнее, чем предсказывает закон. Новые данные могут привести к появлению важных новаций и новых видов устройств, включая улучшенную конструкцию записывающих головок жестких дисков.

  2. Китайские ученые осуществили квантовую телепортацию на 16 километров

    Китайские физики смогли успешно передать информацию между двумя фотонами на рекордно большое расстояние. Им удалось транспортировать данные без каких-либо проводов и иных линий связи на 16 километров. Прежде рекорд для систем квантовой телепортации не превышал нескольких сотен метров.

  3. Преобразование световой энергии в движение

    Японский НИИ RIKEN объявил о создании полимера, который приходит в движение под воздействием световых лучей. При облучении ультрафиолетом (360 нм), полученный материал изгибается, а при видимом свете (480 нм) возвращается в исходное состояние.

  4. Биологические носители информации

    Исследователи из Китайского университета Гонконга разработали новый способ хранения данных, используя для этого… кишечную палочку. В одном грамме бактерий E.coli можно уместить до 900 ТБ информации. Технология позволяет кодировать информацию с помощью смешивания ДНК, осуществляя преобразование из двоичной системы, применяемой в компьютерах, в четверичную по количеству видов азотистых оснований нуклеотидов — аденин (A), тимин (T), цитозин (C), гуанин (G). В каждой клетке можно хранить не более 1 КБ данных, а проверку точности чтения осуществлять с помощью контрольных сумм.

    1. Промышленные ДНК-микрочипы

      Профессор генетики Джордж Чёрч использовал ДНК в качестве носителя данных с плотностью записи 704 ТБ на кубический миллиметр. Скорость чтения и записи на ДНК ниже, чем у других носителей, но этот метод подходит для архивирования огромных объёмов данных. Около четырёх граммов ДНК теоретически могут сохранить весь объём цифровых данных, который производит человечество за год. В самых неблагоприятных условиях данные на ДНК сохранятся 400 тысяч лет.

  5. Иные формы жизни

    Основу жизни всех живых существ на Земле составляют шесть химических элементов: водород, кислород, фосфор, сера, углерод и азот. Группа астробиологов NASA обнаружила новый вид бактерий, которые для построения ДНК используют мышьяк вместо фосфора. Впервые удалось установить, что живые организмы могут существовать, опираясь на другие комбинации химических элементов, отличные от привычных для всех земных обитателей.

    Бактерия способна выживать в отсутствии фосфора, используя вместо него мышьяк и выживать при высоких уровнях загрязнения окружающей среды мышьяком, при которых ни один другой организм жить не способен. Всё это позволяет расширить само понятие жизни и условий, при которых она способна существовать.

  6. IBM и Samsung

    Компании IBM и Samsung договорились о сотрудничестве в области фундаментальных исследований свойств новых полупроводниковых материалов и технологических процессов.

  7. NiBi3 — ферромагнетик-сверхпроводник

    Группа немецких ученых синтезировала металл, обладающий двумя совершенно противоположными качествами — ферромагнетика и сверхпроводника. Исследователи из Дрездена проводили эксперименты в сильных магнитных полях при сверхнизких температурах на материале диаметром несколько нанометров, состоящем из висмута и никеля (NiBi3), и обнаружили, что наноструктуры материалов обладают совершенно другими свойствами, нежели образцы больших размеров.

  8. Физики смогли «остановить» время

    Группа физиков под руководством Александра Гаэты использовали принцип огибания светом объекта для создания разрыва времени в лазерном луче так, что этот промежуток времени между событиями оставался незамеченным. Ученые создали установку, разделяя и пропуская лазерный луч через «временные линзы» (split time-lenses), изменяющие длину волны света. Затем пучок света подавался в специальное оптоволокно, по которому свет с разной длиной волны двигается с разной скоростью, и синхронизацией добились разрыва в определенном месте, а после проведения обратной операции восстановили первоначальные свойства луча.

    Таким образом, удалось «скрыть» время на 50 пикосекунд. Практического использования открытого эффекта пока нет.

  9. Компактный ускоритель элементарных частиц

    В Техасском университете в Остине создан лабораторный ускоритель элементарных частиц, умещающийся на столе. В ходе первого теста около полумиллиарда электронов были разогнаны до энергии порядка 2 ГэВ на дистанции пробега всего в дюйм. Ранее такой показатель энергии пучка достигался только в дорогостоящих установках длиной в сотни метров. По сравнению с аналогами линейного типа размеры представленной установки меньше в десять тысяч раз.

    Коллектив разработчиков собирается представить модель с энергией пучка 10 ГэВ в течение следующих пяти лет и ещё через пять лет достичь значения 20 ГэВ, сохранив компактные размеры установки.

  10. Эластичные проводники

    Университет штата Мичиган объявил о создании эластичных проводников на основе наночастиц золота, способных к четырёхкратному растяжению в продольном и поперечном направлении без обрыва контакта. Технология позволяет изготовить лист золотой фольги, способный вытягиваться и менять сопротивление в зависимости от линейных размеров, а затем вновь принять исходные размеры.

    Новый материал не боится воды, имеет высокую биологическую совместимость и представляет интерес для робототехники, изготовления различных имплантатов и создания нейро-компьютерных интерфейсов.

  11. Левитация


    Исследователи из Токийского университета создали установку, состоящую из ультразвуковых излучателей, расположенных так, что в замкнутом ими пространстве можно перемещать предметы в трёх измерениях. Устройство может взаимодействовать с различными материалами и не наносит вреда рукам человека.

Leave a Comment