Исследователи из Фуданьского университета в Шанхае представили прорывную разработку в области микроэлектроники — экспериментальную энергонезависимую память, где для фиксации одного бита данных требуется всего один электрон. Это минимально возможный носитель электрического заряда, что открывает путь к созданию накопителей с невероятной плотностью записи.
Проект, получивший название «Гуйи» (Guiyi), что символизирует буддийское понятие «Единства», был подробно описан в научном журнале Science 16 июля. Сегодняшние стандарты флеш-памяти требуют участия сотен тысяч электронов для формирования заряда одного бита. Новая технология позволяет радикально изменить архитектуру хранения информации.
Решение проблемы паразитных токов
Ключевым препятствием на пути к созданию одноэлектронной памяти десятилетиями оставалась так называемая паразитная краевая ёмкость. Возникающие между электродами электромагнитные помехи создают избыточный заряд, в шумах которого сигнал от одного-единственного электрона попросту теряется.
Чтобы преодолеть этот физический барьер, китайские ученые применили двумерные материалы атомарной толщины. Они разработали самовыравнивающуюся планарную архитектуру: сток, канал и исток были размещены строго в одной плоскости. Подавление паразитных эффектов обеспечил слой графена, который работает как надежный барьер, удерживающий электрон в ячейке.
Преимущества и потенциал технологии
В ходе испытаний выяснилось, что добавление или извлечение одного электрона меняет пороговое напряжение транзистора на 0,5 В. Это позволяет считывать информацию стандартными средствами современной электроники, так как разница в 0,5 В — это на порядок больше, чем в аналогичных экспериментах 1997 года, где сигнал едва достигал 55 мВ.
Ключевые особенности разработки:
- Энергонезависимость: ячейка удерживает состояние без подачи питания при комнатной температуре.
- Масштабируемость: возможна реализация многоуровневой записи с использованием того же принципа.
- Энергоэффективность: минимизация затрат энергии на переключение ячеек.
Авторы технологии считают, что она станет фундаментом для будущих вычислительных систем. В частности, это поможет современным нейросетям и системам искусственного интеллекта хранить колоссальные объемы данных непосредственно рядом с вычислительными мощностями, исключая задержки и энергозатраты на постоянную пересылку информации между узлами.
Дальнейшие шаги и коммерциализация
На данном этапе продемонстрировано лишь лабораторное устройство. Исследователям предстоит решить ряд сложных задач: подтвердить долговечность при многократной перезаписи, определить скорость работы массива и отладить технологию массового производства.
Для развития проекта осенью 2026 года будет основана отдельная компания. Планы разработчиков амбициозны: они намерены довести технологию до коммерческого применения в течение ближайших трех–пяти лет.
