Lysglimt giver hurtigere hukommelse i computere
Forskerne går nye veje for at udvikle superydelse i computere. Snart bruger vores pc’er måske lys til at læse information.

Al computerlagring består for tiden af binære tal; 0- og 1-taller, men forskerne forsøger at finde andre elementer som grundlag for computerhukommelse, som kan være endnu hurtigere end de binære tal. (Foto: Colourbox)

Al computerlagring består for tiden af binære tal; 0- og 1-taller, men forskerne forsøger at finde andre elementer som grundlag for computerhukommelse, som kan være endnu hurtigere end de binære tal. (Foto: Colourbox)

Nutidens moderne computerteknologi bruger hovedsageligt to komponenter til lagring. For hurtig, midlertidig lagring benyttes varianter af RAM – Random Access Memory – en teknologi som er hurtig, men den lagrede information forsvinder så snart strømmen afkobles.

Vil du til gengæld have varig lagring kan du ty til flash-disks eller harddisks, men det er så på bekostning af hurtighed.

Fælles for disse lagringsmåder er, at de bruger elektroniske ladninger, som svarer til 0’taller og 1’taler, kaldet binære tal eller bits. Disse binære tal danner igen grundlaget for al information, vi får fra computerskærmen. Men flere forskere ser nu på muligheden for at bruge andre elementer som grundlag for computerinformation.

Fysikken bag solcellepaneler

Længere nede på den fysiske skala forskes der i kvantepartikler, og hvordan disse kan bruges som qbits, hvor det er partiklernes egenskaber, som udgør byggestenene for informationen.

Da kvantepartikler ikke har én egenskab ad gangen, men mere et uendeligt antal mulige tilstande, giver dette muligheder for ekstremt kraftige computere, fordi én qbit kan være både 1 og 0 på én gang.

Der er imidlertid et godt stykke vej endnu, før disse kvantecomputere bliver allemandseje - mest på grund af kvantepartiklernes uregerlige natur - men andre alternativer, baseret på simplere og mere samarbejdsvillig fysik, er et skridt nærmere at blive realiseret.

Øverst: I en almindelig computerhukommelse lagres enten et 1-tal eller et 0. Nederst: I en qbit kan flere tilstande af 1 og 0 lagres samtidigt. (Illustration: JB Waldner)

Nu præsenterer forskere fra USA og Singapore i sidste udgave af tidsskriftet Nature Communications en ny prototype af et lagringsmedium baseret på fysikken, som driver solcellepaneler, skriver Nature på deres hjemmeside.

Bruger speciel elektricitet

Materialet, som danner grundlaget for teknologien, er Bismuth Ferrit, et stof som kan repræsentere de binære tal, som én af to polariserede tilstande. Disse tilstande kan manipuleres ved at tilføre elektrisk spænding – en egenskab kaldet ferroelektricitet.

Ferroelektrisk RAM (FeRAM) baseret på andre materialer findes allerede på markedet og tilbyder hurtig skrivehastighed samtidigt med, at den i modsætning til RAM, er ikke-flygtig. Den beholder dataene i hukommelsen, hvis strømmes kobles fra.

Men nutidens FeRAM er ikke meget brugt. Et af problemerne, ifølge studiet, er, at det elektriske signal, som bruges til at aflæse informationen i FeRAM, samtidig sletter den, så data skal skrive ind på ny hver gang. Dette giver pålidelighedsproblemer.

Men den nye prototype giver mulighed for at aflæse information uden at ødelægge den ved at udnytte en anden egenskab i Bismuth ferrit.

I 2009 demonstrerede forskerne ved Rudgers University i New Jersey nemlig, at materialet har en fotovoltarisk respons på synligt lys. Det betyder, at når materialet bliver ramt af lys, dannes der en elektrisk spænding.

Forskerne udnytter Bitmuth ferrits fotovoltaiske egenskaber. Den samme effekt driver solcellepaneler. (Foto: David Monniaux)

Størrelsen af spændingen er afhængig af, hvilken polariseret tilstand materialet er i, og kan blive aflæst ved hjælp af elektroder eller transistorer.

Lys ødelægger ikke materialets polarisation, så ved at rette lys mod materialet kan man dermed aflæse information uden at ødelægge den.

Lynhurtig, men for stor

Det tager under 10 nanosekunder at skrive og aflæse cellerne, og indhentning af informationen bruger cirka 3 volt. Den ledende ikke-flygtige RAM-teknologi bruger til sammenligning 10.000 gange længere tid på at læse og skrive og bruger 15 volt på at hente informationen ind.

Foreløbigt skal prototypen formindskes betragteligt, hvis teknologien skal kunne blive konkurrencedygtig.

Kommercielt tilgængelig flash-hukommelse er bygget ved hjælp af udstyr, som kan danne elementer helt nede i 22 nanometer - til sammenligning er striberne i prototypen 10 mikrometer brede.

Samtidig vil forskerne udvikle optiske dele, som giver mulighed for at oplyse én celle ad gangen, når informationen skal aflæses. I nutidens prototype lyses hele matrixen op hele tiden, noget en af forskerne bag studiet kalder en smule upraktisk.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan den danske fotograf tog det prisvindende billede af næseaben herunder.