Forscher reduzieren Energiebedarf für PCM-Speicher milliardenfach

Wissenschaftler haben möglicherweise einen entscheidenden Durchbruch für die nächste Generation von Speichertechnologien erzielt. Quasi durch einen Zufallsfund wollen sie den Strombedarf von Phase-Change Memory (PCM) um das Milliardenfache senken.

Zufallsfund im Indiumselenid

PCM gilt als vielversprechender Kandidat für universelle Speichertechnologien, die sowohl kurzfristige Speicher wie RAM als auch Langzeitspeicher wie SSDs ersetzen könnten. Diese Technologie nutzt die Fähigkeit von Materialien, zwischen zwei Zuständen zu wechseln: einem kristallinen Zustand, in dem Atome geordnet sind, und einem amorphen Zustand, in dem die Atome zufällig angeordnet sind. Diese Zustände repräsentieren die binären Werte 1 und 0 und ermöglichen so die Datenspeicherung.

Ein großes Hindernis für die kommerzielle Anwendung von PCM war bislang der hohe Energiebedarf der sogenannten "Melt-Quench-Technik". Dabei wird das Material erhitzt und schnell abgekühlt, um zwischen den Zuständen zu wechseln. Die neu entdeckte Methode umgeht diesen Prozess vollständig, indem eine elektrische Ladung verwendet wird, um den amorphen Zustand herbeizuführen. Dies macht PCM erheblich energieeffizienter und könnte die Tür zu einem breiteren Einsatz öffnen.


Das Material Indiumselenid (In₂Se₃) spielt dabei eine zentrale Rolle. Es kombiniert einzigartige Eigenschaften, darunter Ferroelektrizität und Piezoelektrizität. Ferroelektrische Materialien erzeugen ein internes elektrisches Feld ohne äußere Ladung, während piezoelektrische Materialien sich bei elektrischer Ladung physisch verformen. Beim Testen von Indiumselenid stellten die Forscher zufällig fest, dass ein kontinuierlicher elektrischer Strom die kristalline Struktur des Materials störte und einen amorphen Zustand erzeugte - ein Effekt, der normalerweise elektrische Pulse erfordert.

Tür ist offen

"Zuerst dachte ich, ich hätte die Drähte beschädigt", erklärte Gaurav Modi, einer der Studienautoren. Die Analyse zeigte jedoch, dass die Verformungen eine Kettenreaktion auslösten, die mit einer Art akustischer Stoßwelle vergleichbar ist. Diese breitet sich im Material aus und bewirkt eine amorphe Umwandlung in mikroskopischen Regionen.

Die Entdeckung könnte die Grundlage für eine neue Generation von energieeffizienten Speichertechnologien schaffen. "Die Möglichkeiten, die diese Erkenntnisse für die Entwicklung von Low-Power-Geräten bieten, sind enorm", erklärte Studienleiter Ritesh Agarwal. Zukünftige Forschungen könnten auch neue Materialien und Anwendungen in der Elektronik und Photonik erschließen.


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