Para ilmuwan mungkin secara tidak sengaja mengatasi hambatan besar dalam memfasilitasi penerapan teknologi penyimpanan data generasi mendatang.
Dengan menggunakan bahan unik yang disebut indium selenide (In2Se3), para peneliti mengatakan mereka telah menemukan teknik untuk mengurangi kebutuhan energi memori perubahan fase (PCM), sebuah teknologi yang mampu menyimpan data tanpa pasokan listrik konstan, hingga satu miliar kali.
Terobosan ini merupakan sebuah langkah untuk mengatasi salah satu tantangan terbesar dalam penyimpanan data PCM, yang berpotensi membuka jalan bagi perangkat elektronik dan memori berdaya rendah, kata para peneliti dalam sebuah penelitian yang diterbitkan pada 6 November di jurnal tersebut. Alam.
PCM adalah kandidat utama untuk memori universal: memori komputer yang dapat menggantikan memori jangka pendek, memori akses acak (RAM) dan perangkat penyimpanan seperti solid state drive (SSD) atau hard drive. RAM cepat tetapi memerlukan ruang fisik yang besar dan pasokan daya yang konstan untuk beroperasi, sedangkan SSD atau hard drive jauh lebih padat dan dapat menyimpan data saat komputer dimatikan. Memori universal menggabungkan yang terbaik dari keduanya.
Ia bekerja dengan mengganti bahan antara dua keadaan: kristal, di mana atom-atomnya tersusun rapi, dan amorf, di mana atom-atomnya tersusun secara acak. Status-status ini dipetakan ke biner dan nol, mengkodekan data melalui switch ke dalam status.
Namun, “teknik pendinginan dan fusi” yang digunakan untuk mendaur ulang keadaan ini, yang melibatkan pemanasan dan pendinginan material PCM secara cepat, memerlukan sejumlah besar energi, menjadikan teknologi ini mahal dan sulit untuk diukur. Dalam studi mereka, para peneliti menemukan cara untuk sepenuhnya menghindari proses quenching dan quenching dengan menginduksi amorfisasi melalui muatan listrik. Hal ini secara dramatis mengurangi kebutuhan daya PCM dan berpotensi membuka pintu bagi aplikasi komersial yang lebih luas.
“Salah satu alasan mengapa perangkat memori perubahan fase belum tersebar luas adalah energi yang dibutuhkan,” kata penulis studi tersebut. Ritesh Agarwalprofesor ilmu dan teknik material di Penn Engineering, mengatakan dalam sebuah pernyataan. Potensi temuan ini untuk merancang perangkat memori berdaya rendah “luar biasa,” katanya.
Penemuan para peneliti bergantung pada sifat unik indium selenide, bahan semikonduktor dengan karakteristik “feroelektrik” dan “piezoelektrik”. Bahan feroelektrik dapat terpolarisasi secara spontan, artinya bahan tersebut dapat menghasilkan medan listrik internal tanpa memerlukan muatan eksternal. Bahan piezoelektrik, sebaliknya, berubah bentuk secara fisik ketika terkena muatan listrik.
Saat menguji bahan tersebut, para peneliti mengamati bahwa bagian-bagiannya menjadi amorf ketika terkena arus searah. Terlebih lagi, ini terjadi secara kebetulan.
“Sebenarnya, saya mengira hal itu mungkin telah merusak kabelnya,” kata salah satu penulis studi tersebut. Gaurav Modikata seorang mantan mahasiswa doktoral di bidang ilmu dan teknik material di Penn Engineering dalam pernyataannya. “Biasanya, pulsa listrik diperlukan untuk menginduksi segala jenis amorfisasi, dan di sini arus searah telah mengubah struktur kristal, yang seharusnya tidak terjadi.”
Analisis lebih lanjut mengungkapkan reaksi berantai yang disebabkan oleh sifat semikonduktor. Hal ini dimulai dengan deformasi kecil pada material akibat arus yang memicu “sentakan akustik”, yaitu gelombang suara yang mirip dengan aktivitas seismik saat gempa bumi. Ini kemudian bergerak melalui material, menyebarkan amorfisasi ke seluruh wilayah skala mikrometer dalam mekanisme yang para peneliti bandingkan dengan longsoran salju yang mendapatkan momentum.
Para peneliti menjelaskan bahwa beberapa sifat indium selenida, termasuk struktur dua dimensinya, feroelektrik dan piezoelektrik, bekerja sama untuk memungkinkan jalur energi sangat rendah untuk amorfisasi yang disebabkan oleh guncangan. Hal ini dapat meletakkan dasar bagi penelitian masa depan mengenai “bahan dan perangkat baru untuk aplikasi elektronik berdaya rendah dan fotonik,” tulis mereka dalam penelitian tersebut.
“Ini membuka landasan baru mengenai transformasi struktural yang dapat terjadi pada suatu material ketika semua sifat ini bersatu,” kata Agarwal dalam pernyataannya.
