中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副研究員饒峰和同事研發(fā)出一種全新的相變材料——鈧銻碲合金，可在不到1納秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)多晶態(tài)與玻璃態(tài)兩種相態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。發(fā)表在本周出版的《科學(xué)》雜志上的這一研究成果，突破了相變存儲(chǔ)器（PCRAM）的存儲(chǔ)速度極限，為實(shí)現(xiàn)我國自主通用存儲(chǔ)器技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)變得更小、更快、更便宜，存儲(chǔ)性能繼續(xù)提升所面臨的挑戰(zhàn)也更加嚴(yán)峻。靜態(tài)／動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM緩存／DRAM內(nèi)存）是與計(jì)算機(jī)中央處理器直接交換數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)媒介，可按需隨意取出或存入數(shù)據(jù)。本世紀(jì)初，科學(xué)家就已經(jīng)提出PCRAM是一種很有前途的新型非易失性存儲(chǔ)器，通過在兩種相態(tài)之間轉(zhuǎn)換，分別代表“0”和“1”進(jìn)行存儲(chǔ)。
現(xiàn)有最普遍使用的相變材料是鍺銻碲合金（GST），為符合當(dāng)今計(jì)算機(jī)的高速隨機(jī)存儲(chǔ)的需求，相態(tài)轉(zhuǎn)換必須在亞10納秒內(nèi)完成，而鍺銻碲合金的相變速度通常需要幾十至幾百納秒，太慢導(dǎo)致無法媲美或替代傳統(tǒng)的DRAM和SRAM存儲(chǔ)器。
饒峰和同事通過理論計(jì)算，向銻碲合金加入過渡族金屬，篩選出能在更高溫度下通過形成更加穩(wěn)定的鈧碲化學(xué)鍵加速晶核形成的鈧銻碲合金。他們還合成出這一新型相變材料，并通過實(shí)驗(yàn)證明，新材料能在700皮秒（0．7納秒）內(nèi)快速完成晶體與玻璃態(tài)的相變可逆轉(zhuǎn)換。研究人員表示，這一速度提升，使得相變存儲(chǔ)器有望替代現(xiàn)有高速存儲(chǔ)器進(jìn)入實(shí)用，未來將進(jìn)一步助推計(jì)算機(jī)整體性能的大幅提升，向更快速、更低功耗、更長壽命方向發(fā)展。
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