研究人員開發超晶格材料存儲器 用於柔性電子可穿戴設備

要想讓粘貼式顯示器、智能繃帶和廉價的柔性塑料傳感器真正起飛，它們將需要某種可以建立在塑料上長期存儲數據的方法。 在柔性電子的生態系統中，擁有存儲器選項是非常重要的。

但是今天的非易失性存儲器版本，如閃存，並不是很適合。因此，研究人員決定嘗試將一種相變存儲器適應於塑料時，他們得到了一種更好工作的存儲器，因為它是建立在塑料上的。重置存儲器所需的能量比以前的柔性版本低一個數量級。他們本週在《科學》雜誌上報告了他們的發現。

相變存儲器（PCM）對塑料電子產品來説不是一個明顯的勝利。它以電阻狀態存儲其位。在其結晶階段，它的電阻很低。但在設備中運行足夠的電流會融化晶體，使其在非晶相中凍結，從而具有更高的電阻。這個過程是可逆的。重要的是，特別是對於實驗性的神經形態系統，PCM可以存儲中間水平的電阻。因此，一個單一的設備可以存儲多於一個比特的數據。

不幸的是，通常涉及的一組材料在像塑料這樣的柔性基材上不能很好地工作。研究人員決定嘗試一種叫做超晶格的材料，即由不同材料納米層組成的晶體。在研究這些超晶格時，研究人員得出結論，它們應該是非常熱絕緣的，因為在其結晶形式下，層與層之間存在原子級的間隙。這些"類似範德瓦爾斯的空隙"既限制了電流的流動，也限制了熱量。因此，當電流被迫通過時，熱量不會迅速從超晶格中流走，這意味着從一個階段切換到另一個階段需要更少的能量。

研究人員進行了100多次嘗試，以產生具有正確範德瓦爾斯間隙的超晶格。一張黑白的顯微照片，標記為5nm的超晶格結構由碲化銻和碲化鍺的交替層形成。層與層之間形成類似範德瓦爾斯的空隙，限制了電流和熱量的流動。

研究人員通過將電流限制在一個600納米寬的孔狀結構中來保持記憶裝置中的熱量，該結構被絕緣的氧化鋁所包圍。最後一層絕緣層是塑料本身，它對熱流的抵抗力比通常建立在硅上的PCM要好得多。完成的裝置的電流密度約為每平方釐米0.1兆安培，比傳統的硅上PCM低兩個數量級，比以前的柔性裝置好一個數量級。此外，它顯示了四種穩定的電阻狀態。所以它可以在一個設備中存儲多個比特的數據。