有一種材料,可以形成一種新的記憶形式

我們似乎正處在存儲革命的尖端。各種技術已經被證明具有接近當前RAM晶片的速度，但在電源關閉時可以保持內存，所有這些技術都沒有快閃記憶體經歷的長期退化。其中的一些，如相變存儲器和英特爾的光怪陸離，甚至已經進入市場。但是，至少到目前為止，價格和容量方面的問題使它們無法被廣泛採用。

但這並沒有阻止研究人員繼續尋找下一個最偉大的東西。在本周的版本中，一個聯合的NIST-普渡大學團隊使用了一種可以形成原子薄片的材料來形成一種新的基於電阻的記憶形式。這種材料可以在納秒內寫出來，不用電就能保持記憶。內存似乎是通過一種與以前的電阻技術截然不同的機制工作的-RAM技術，但有一個小問題：我們不確定它是如何工作的。

根據電阻的變化，有一系列部分重疊的存儲技術。這些有時被稱為RERAM，可以包括記憶器。其基本思想是，一種材料可以容納一些根據電阻是否高或電子是否像金屬般流過的讀數。在其中的一些，電阻可以設置在一個光譜，可以劃分，潛在地允許一個單一的材料可以容納超過一位。

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到目前為止，已經使用了兩種機制來改變電阻。第一種是相變記憶，它依賴於兩種在熔化後固化的材料。如果它們很快冷卻，它們就會形成一種無序的結構，這種結構的導電能力很差。一個緩慢的冷卻將使他們形成一個有組織的，水晶結構，這是一個更好的導體。在另一種方法中，伴隨高壓的加熱會迫使一些材料在電極之間形成一小股金屬線，大大降低它們之間的電阻。

這項新工作的團隊希望用一種原子薄材料來做一個稍微不同的相變。這些材料被統稱為金屬二滷代物，形成了具有類似石墨烯的六方排列的單分子薄片。但是，這些材料並不是一個完全平坦的平面分子，它們的原子排列要複雜一些，其中一些略高於或低於一個平面，穿過薄片的中心。

最常用的例子是 (MoS2)，但它是一個複雜的材料家族。例如，在元素周期表的同一列中用它們的等價物替代這些元素是可能的。這也是有可能的混合材料，與鉬和鎢在同一塊材料。原子在薄片中的排列方式也有一定的靈活性。而且，由於固體可以通過分層的多張紙來建立，所以相鄰的板子排列的方式也有一定的靈活性。

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所有這些複雜性使得這些材料能夠在保持固體的同時採用多個階段。(想想在不同的溫度和壓力下形成的各種形式的水冰。)這些相具有不同的導電性能，它們包括半導體、半金屬和金屬相，這使得它們成為電阻型RAM的最佳選擇。

為了建造一個ReRAM設備，研究人員保持了簡單的操作：一種含有某些材料的導電基材-在這種情況下是雙纖維素鉬-在其上加上另一種電極。而不是一張白紙2他們使用的塊體厚度在5到25納米之間(單層僅為納米的三分之一)。儘管很簡單，但還是奏效了。一個小於10納秒的高壓脈衝足以使它們從高電阻狀態轉變為當電壓下降時電流更容易流動超過50倍的狀態。第二個更高電壓的脈衝可以將它移回原來的位置，精確的電壓取決於(MoS2)的厚度。

直到研究人員開始研究這種情況發生的原因時，事情才變得有點奇怪。一種可能是電極之間形成金屬絲。研究人員消除了這一解釋，將電極改為石墨烯，並表明該裝置仍然有效。莫特2也不應該經歷那種作為相變記憶基礎的晶態/無定形變化。到底是怎麼回事？

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為了找出答案，研究人員設置了設備的狀態，刪除了Mote2然後用電子顯微鏡觀察。這還不足以確定到原子細節的結構。但它確實給出了鉬原子的位置和層間距的安排。

遠離電極2正處於先前所知的階段。但在電極的正下方，電阻發生了變化，這種有序的結構已經轉變成了另一種形式。新的結構看起來不像莫特所描述的那樣2以前。作者懷疑，這通常是一個暫時的，過渡的階段之間的狀態，最終在這種情況下穩定下來。不知何故，電場似乎觸發了這種相變及其伴隨的電導率變化。

普渡的人並不是唯一考慮讓這些金屬雙滷素類化合物改變狀態的潛在效用的人。在上周撰寫這篇報告時，我們意識到密西根大學的研究人員將於本周發表一篇論文，描述類似的內容。該小組利用電場控制二硫化鉬在絕緣態和金屬態之間的轉變。在這種情況下，電場控制了鋰離子在隔膜層之間的空間中的存在。

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足夠高的鋰含量會導致電子向鉬的轉移(而鉬又會改變材料的結構)並提高其電導。倒轉控制電壓會迫使鋰退回去，使其恢復到半導體狀態。

在這種情況下，研究人員在一張更大的多層MoS2板中構建了幾個設備。這使得研究人員可以讓一個設備通過機制影響到它的鄰居，比如讓他們共享有限的鋰資源。在這種情況下，在「ON」狀態中設置的一個設備會使其鄰居更難採用類似的狀態。同時，清除設備中的鋰會改變其所有鄰居的電導。

研究人員認為，這可以模仿在某些神經元中看到的行為，在這些神經元中，加強兩個神經元之間的連接可以影響相鄰連接的行為。

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這些測試設備與一種可以擴展和易於與電子製造集成的技術之間存在很大差距。所以，這些演示還有很長的路要走，才能進入你的手機。但有趣的是，它們並不依賴於這樣一個事實，即金屬雙滷代烷可以作為一個孤立的原子薄片使用。相反，事實是這些表可以形成層來決定這些ReRAM設備的行為。