新發現的相分離作用可以幫助開發用於節能人工智慧運算的儲存設備。
研究人員發現，相分離與氧擴散一起，對於憶阻器中資訊的長期保留至關重要，特別是在電阻式隨機存取記憶體（RRAM）中。這項發現挑戰了先前認為保留能力有限的模型，凸顯了節能人工智慧和抗輻射儲存晶片在太空探索中的潛在應用。
憶阻器記憶體
根據密西根大學最近在《自然》雜誌上發 英國電話號碼庫 表的一項研究，當分子像油和水一樣分開時，相分離與氧擴散一起發揮作用，幫助憶阻器（利用電阻存儲信息的電子元件）即使在電源關閉後也能保留資訊。
到目前為止，解釋尚未完全掌握憶阻器如何在沒有電源的情況下保留資訊（稱為非揮發性記憶體），因為模型和實驗不匹配。研究長期資料保留
「雖然實驗表明設備可以保留資訊超過 10 年，但社區中使用的模型表明資訊只能保留幾個小時，」密西根大學材料科學與工程博士研究生、該論文的第一作者李景賢說。
為了更好地了解驅動非揮發性憶阻器記憶體的基本現象，研究人員重點研究了一種稱為電阻式隨機存取記憶體或RRAM 的設備，它是經典計算中使用的易失性RAM 的替代品，並且在節能人工智慧應用中特別有前途。
發現相分離的作用
研究的特定 RRAM 是一種燈絲型價變記憶體 (VCM)，將絕 恢復目標可能比保育目標更重要 緣氧化鉭層夾在兩個鉑電極之間。當一定的電壓施加到鉑電極上時，導電絲形成鉭離子橋，穿過絕緣體到達電極，從而允許電流流動，使電池處於低電阻狀態，代表二進位代碼中的「1」。如果施加不同的電壓，當返回的氧原子與鉭離子反應時，燈絲就會溶解，使導電橋「生鏽」並返回到高電阻狀態，代表二進位代碼「0」。
人們曾經認為 RRAM 會隨著時間的推移保留訊息，因為氧氣擴散回來的速度太慢。然而，一系列實驗表明，先前的模型忽略了相分離的作用。影響和應用
「在這些設備中，氧離子更喜歡遠離燈絲，並且永遠不會擴散回來，即使在無限期的時間之後也是如此。這個過程類似於水和油的混合物，無論我們等待多久，都不會混合，因為它們在分離狀態下的能量較低。
為了測試保留時間，研究人員透過提高溫度來加快實驗速度。在 250°C 下工作一小時相當於在 85°C（電腦晶片的典型溫度）下工作約 100 年。
技術進步與未來展望
研究人員利用原子力顯微鏡的極高 巴西數據 解析度成像，對在一微米寬的 RRAM 裝置內形成的細絲進行了成像，細絲的寬度僅約 5 奈米或 20 個原子。
「我們很驚訝我們能在設備中找到燈絲。這就像大海撈針一樣。
研究團隊發現，不同尺寸的細絲會產生不同的保留行為。小於約 5 奈米的細絲會隨著時間的推移而溶解，而大於 5 奈米的細絲會隨著時間的推移而增強。基於尺寸的差異不能只用擴散來解釋。
結合熱力學原理的實驗結果和模型表明，導電絲的形成和穩定性取決於相分離。
研究團隊利用相分離將抗輻射記憶體晶片（一種用於太空探索中用於承受輻射暴露的儲存設備）的儲存保留時間從一天延長至 10 年以上。
其他應用包括用於更節能的人工智慧應用的記憶體運算或用於電子皮膚的儲存設備——一種可拉伸的電子介面，旨在模仿人類皮膚的感官能力。這種材料也被稱為電子皮膚，可用於為義肢提供感官回饋，創建新的可穿戴健身追蹤器或幫助機器人開發用於精細任務的觸覺感知。
「我們希望我們的發現能夠激發使用相分離來創建資訊儲存設備的新方法，」李說。