Güney Kaliforniya Üniversitesi araştırmacıları, çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilen yeni bir elektronik bellek sistemi geliştirdi. Yapılan testlerde cihazın 700 derece sıcaklıkta 50 saatten uzun süre veri saklayabildiği ve tekrar eden kullanımlarda performansını koruduğu bildirildi. Yanardağ lavlarının sıcaklığı genellikle 700°C – 1.200°C arasında değişiyor.
Çalışmada kullanılan bellek “memristör” olarak adlandırılıyor. Bu, klasik bilgisayarlarda kullanılan belleklerden farklı bir elektronik bileşen. Memristör, veri depolama ve belirli tür hesaplama işlemlerini tek bir yapı içinde gerçekleştirebiliyor.
Yeni tasarlanan sistem, içinden geçen elektrik akımına göre direncini değiştiriyor. Direnç, elektriğin bir malzemeden ne kadar kolay geçtiğini ifade ediyor. Memristör, bu değeri değiştirdikten sonra elektrik kesilse bile son durumunu koruyor. Böylece “0” ve “1” gibi dijital veriler saklanabiliyor.
İşlemler nasıl yapılıyor?
Memristör, özellikle yapay zeka sistemlerinde kullanılan bazı hesaplamaları doğrudan donanım içinde gerçekleştirebiliyor. Cihaza elektrik verildiğinde, içindeki katmanlarda ince iletim yolları oluşuyor. Elektrik bu yollardan geçerken akımın miktarı ölçülüyor ve bu değer yapılan hesaplamanın sonucu olarak kullanılıyor. Bu sayede veri taşınmadan, işlem doğrudan aynı yapı içinde yapılabiliyor. Bu yaklaşım, özellikle çok sayıda tekrar eden hesaplamaların daha verimli yapılmasına olanak tanıyor.
Geliştirilen bellek üç katmandan oluşuyor. Üst katmanda tungsten adı verilen, yüksek sıcaklığa dayanıklı bir metal bulunuyor. Orta katmanda hafniyum oksit yer alıyor. Bu katman, elektriğin geçişini kontrol eden bir ara yapı görevi görüyor. Elektrik verildiğinde bu katman içinde ince iletim yolları oluşuyor. Alt katmanda ise grafen kullanılıyor. Grafen, karbon atomlarının tek katman halinde dizildiği çok ince bir malzeme. İnce olmasına rağmen yüksek sıcaklığa dayanıklı olmasıyla biliniyor.
Cihazın içinde veri, katmanlar arasında oluşan iletim yolları sayesinde saklanıyor. Elektrik uygulandığında hafniyum oksit içinde iletim yolları oluşuyor ve elektrik daha kolay geçiyor. Bu durum veri yazılmış hali ifade ediyor. Elektrik kesildiğinde bu yollar tamamen kaybolmadığı için cihaz son durumunu koruyor. Bu özellik sayesinde veri saklama işlemi gerçekleşiyor.
700 derecede test edildi
Araştırmada cihazın 700 derece sıcaklıkta çalışmayı sürdürdüğü tespit edildi. Birçok elektronik sistem bu kadar yüksek sıcaklıkta çalışamıyor. Ancak yeni belleğin 700 santigrat derece sıcaklıkta 50 saatten uzun süre veri saklayabildiği ve 1 milyardan fazla açma-kapama döngüsüne dayanabildiği ileri sürüldü. Ayrıca düşük voltajla çalıştığı belirtildi. Araştırmacılar, 700 derecenin cihazın ulaşabileceği son sınır olmadığını ifade etti.
Yüksek sıcaklıkta bazı metal atomları hareket ederek cihaz içinde istenmeyen bağlantılar oluşturabiliyor. Yeni geliştirilen bellekte ise grafen katmanı bu süreci engelliyor. Tungsten atomları grafen yüzeyine ulaştığında burada tutunamıyor ve ilerleyemiyor. Bu sayede cihazın yapısı korunuyor ve çalışmaya devam ediyor.
Araştırmacılar cihazın yapısını incelemek için gelişmiş mikroskopi yöntemleri kullandı. Bu yöntemler, çok küçük yapıları detaylı şekilde gözlemlemeye olanak tanıyor.
Ayrıca malzemelerin davranışı bilgisayar destekli hesaplamalarla incelendi. Analizler, grafen kullanılan yapının yüksek sıcaklıkta stabil kaldığını gösterdi.
Bu tür belleklerin, yüksek sıcaklığa maruz kalan ortamlarda çalışan elektronik cihazlarda kullanılabileceği belirtiliyor. Uzay araçları, yer altı sondaj sistemleri ve enerji tesisleri bu alanlar arasında yer alıyor.
Araştırmacılar, geliştirilen teknolojinin henüz laboratuvar aşamasında olduğunu ve yaygın kullanım için çalışmaların sürdüğünü belirtti.
Kaynak: Science