Các nhà khoa học Đại học Cambridge vừa phát triển một bộ nhớ máy tính nguyên mẫu có thể tạo ra những con chip nhanh hơn có thể chứa dữ liệu gấp 100 lần. Hệ thống này được tạo thành từ những các cầu nối bari (một nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử 56) giữa các màng của một vật liệu không trật tự (disordered material).

Công nghệ máy tính hiện nay cho dù rất mạnh nhưng vẫn có vài hạn chế. Dữ liệu được mã hóa thành hai trạng thái: 1 và 0. Và dữ liệu này được lưu và xử lý trong các phần khác nhau của một hệ thống máy tính, do đó nó cần phải được truyền đi truyền lại, làm tiêu tốn năng lượng và thời gian.

Nhưng một dạng bộ nhớ máy tính mới xuất hiện, được gọi là bộ nhớ chuyển mạch điện trở, được thiết kế để hoạt động hiệu quả hơn nhiều. Thay vì mã hóa thông tin thành một trong hai trạng thái như đã nói, loại bộ nhớ mới này có thể tạo ra một loạt các trạng thái liên tục. Điều này được thực hiện bằng cách đặt một dòng điện vào một số loại vật liệu, làm cho điện trở của chúng trở nên mạnh hơn hoặc yếu hơn. Những khác biệt nhỏ về điện trở này tạo ra một loạt các trạng thái để lưu trữ dữ liệu. Một thanh USB thông thường dựa trên trạng thái liên tục sẽ có thể chứa thông tin nhiều hơn từ 10 đến 100 lần.

Đối với nghiên cứu mới, nhóm đã phát triển một thiết bị nguyên mẫu bộ nhớ chuyển mạch điện trở được làm bằng vật liệu gọi là hafnium oxide, chất này đã được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn làm chất cách điện. Thông thường, nó khó sử dụng cho bộ nhớ vì nó không có cấu trúc ở cấp độ nguyên tử, các nguyên tử hafnium và oxy của nó được trộn lẫn ngẫu nhiên với nhau. Nhưng ở đây, các nhà nghiên cứu Cambridge phát hiện ra rằng việc thêm một thành phần bổ sung đã làm thay đổi điều đó.


Khi bari được cho vào hỗn hợp, nó tạo thành những “cầu nối” thẳng đứng giữa các màng oxit hafnium mỏng xếp chồng lên nhau. Vì những cầu nối bari này có cấu trúc chặt chẽ nên các electron có thể di chuyển qua chúng một cách dễ dàng. Một hàng rào năng lượng được tạo ra tại các điểm mà các cầu nối gặp các điểm tiếp xúc của thiết bị và chiều cao của hàng rào này có thể được kiểm soát để thay đổi điện trở của vật liệu tổng thể, từ đó mã hóa dữ liệu.

Điều này cho phép nhiều trạng thái tồn tại trong vật liệu, không giống như bộ nhớ thông thường chỉ có hai trạng thái. Điều thực sự thú vị về những vật liệu này là chúng có thể hoạt động giống như một khớp thần kinh (synapse) trong não: chúng có thể lưu trữ và xử lý thông tin ở cùng một nơi, giống như bộ não của chúng ta, khiến chúng có triển vọng cao cho các lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và máy học đang phát triển nhanh chóng.

Các nhà nghiên cứu nói rằng thiết bị của họ, sử dụng các màng oxit hafnium mỏng được nối với nhau bằng cầu bari, có một số lợi thế trên con đường thương mại hóa. Thứ nhất, những cấu trúc này có thể tự lắp ráp ở nhiệt độ tương đối thấp, dễ dàng hơn so với sản xuất ở nhiệt độ cao mà nhiều thiết bị khác cần. Ngoài ra, các vật liệu này đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chip máy tính, vì vậy việc kết hợp chúng vào các kỹ thuật sản xuất hiện có sẽ dễ dàng hơn.

Theo Cambridge University.