Меньше некуда. В Шанхае записали бит на одном электроне

Об этом сообщает ZME Science .

Цифровые файлы внутри чипа памяти преобразуются в последовательность электрических единиц и нулей. Чтобы ни одна из них не потерялась, современные чипы используют большие группы электронов. По словам соавтора исследования Пэна Чжоу, ячейка современной DRAM задействует около 200 тысяч электронов для надежного хранения одного бита.

Однако исследователи из Шанхая показали, что достаточно и одного электрона. Их новая разработка — это электронная память, доведенная до абсолютного физического предела, ведь электрон невозможно разделить на более мелкую единицу электрического заряда. Вместо этого ученые заставили его генерировать мощный и четкий электрический сигнал.

Исследователи измерили крошечное изменение напряжения, необходимое для переключения памяти. Исходя из известных электрических свойств устройства, удалось рассчитать, что один электрон должен смещать сигнал примерно на 0,5 вольта. Сигнал действительно возрастал и убывал равными ступенями по 0,5 вольта, тогда как фоновый шум был в десять раз меньше.

Само устройство памяти было собрано из слоев толщиной всего в несколько атомов. В качестве проводника тока выступал графен — лист из атомов углерода, — дополненный тонкими изоляционными слоями и плоской конструкцией, подавляющей паразитные электрические эффекты. Первый электрон изменял внутренние условия настолько, что препятствовал немедленному входу следующего, и именно это позволяло состояниям сменяться по одному электрону.

В ходе эксперимента 1997 года уже был зафиксирован эффект одного электрона при комнатной температуре, однако сигнал составлял всего 55 милливольт и сохранялся около пяти секунд. Устройство Фуданьского университета обеспечило в девять раз более сильный сдвиг, а его состояния оставались стабильными на протяжении всех 5000 секунд испытания — примерно 83 минут.

Практической пользы от памяти на одном электроне пока нет. В частности, для работы разработки требовались импульсы напряжением почти 29–30 вольт, тогда как обычная электроника функционирует при значительно более низких напряжениях. Полученные выводы могут подсказать инженерам, как создать коммерческие чипы, потребляющие меньше энергии и вмещающие больше информации.

«Способность хранить один бит информации путем изменения состояния отдельного электрона существенно снизит энергопотребление и откроет путь к значительно большей емкости накопителей», — считает соавтор исследования Чуньсэнь Лю.

Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Science.