智能手机在闷热的天气里关机是一种非常常见的烦恼，在阳光明媚的下午去海滩旅行时可能会遇到这种情况。这些设备中的电子存储器无法应对极端高温。
随着温度升高，存储数据的电子变得不稳定并开始逃逸，导致设备故障和信息丢失。但是，如果这些小玩意不仅能承受炎热的夏日，还能承受喷气发动机的灼热条件或金星的严酷表面呢?
在《自然电子》杂志上发表的一篇论文中，宾夕法尼亚大学的DeepJariwala和RoyOlsson及其工程与应用科学学院的团队证明了内存技术能够承受高达600摄氏度的温度，是耐受温度的两倍多市场上任何商用硬盘的性能均优于市场上的任何商用硬盘，并且这些特性可保持超过60小时，表明卓越的稳定性和可靠性。
该团队的研究结果不仅为需要在极端环境下运行的工具提供更好的传感器铺平了道路，而且还为擅长在恶劣条件下进行大量数据计算的人工智能系统打开了大门。
贾里瓦拉说：“从深地钻探到太空探索，我们的高温存储设备可以带来先进的计算，而其他电子设备和存储设备则无法实现。”“这不仅仅是为了改进设备;而是为了开拓科学和技术的新领域。”
该团队开发了一种被归类为非易失性的设备，这意味着它可以保留存储在其上的信息，而不需要有源电源，而这种电源每天都在消费电子产品中的任何带有硬盘驱动器或闪存驱动器的设备中使用。然而，与其他在200°摄氏度(392°华氏度)左右开始失效的传统硅基闪存驱动器设备不同，研究人员使用一种称为铁电氮化铝钪(AlScN)的材料设计了他们的设备。
研究人员解释说，AlScN具有存储优势，因为它能够在外部电场移除后且在明显更高的电压下保留给定的电状态(“开”或“关”代表数字数据的1和0)。温度，以及其他所需的特性。
该论文的第一作者、Jariwala和Olsson实验室的博士后研究员DhirenPradhan表示：“AlScN的晶体结构还使其原子之间的键更加稳定和牢固，这意味着它不仅耐热，而且相当耐用。”
DeepJariwala和RoyOlsson实验室的博士后研究员DhirenPradham拥有一种能够在高于600摄氏度的温度下运行的氮化铝钪信息存储设备。图片来源：宾夕法尼亚大学
“但更值得注意的是，我们的存储器件设计和特性允许在电状态之间快速切换，这对于高速写入和读取数据至关重要。”
Jariwala表示，该存储器件由金属-绝缘体-金属结构组成，将镍和铂电极与一层薄薄的(45纳米)AlScN层结合在一起，厚度是这里的一个关键考虑因素，因为在高温下粒子的移动更加不稳定。
“如果它太薄，增加的活性会驱动扩散并降解材料。如果太厚，我们正在寻找的铁电开关就会消失，因为开关电压随厚度变化，并且在实际操作环境中存在限制。因此，我的实验室和罗伊·奥尔森的实验室合作了几个月，才找到了这个金发姑娘的厚度，”他说。
这种结构配置还确保了与高温碳化硅逻辑器件的兼容性，使团队的存储器件能够与专为极端温度设计的高性能计算系统结合使用。
除了为陆地和外星探索构建强大的存储设备之外，Jariwala和团队还看到了这项新技术在极端环境中实现更复杂形式的计算的潜力。
Jariwala解释说，他们的设备还可以解决当前计算架构中的一个关键差距，即中央处理单元和内存的分离导致效率低下，因为数据必须在这些组件之间传输，从而造成瓶颈，这在处理大量数据的人工智能应用程序中尤其严重。数据迅速。
“使用小型硅晶体管的传统设备很难在高温环境下工作，这是限制硅处理器的一个限制，因此，我们使用碳化硅，”他说。
“虽然碳化硅技术很棒，但它与硅处理器的处理能力相差甚远，因此人工智能等先进处理和数据密集型计算实际上无法在高温或任何恶劣环境下完成。
“我们的存储设备的稳定性可以使存储和处理更紧密地集成在一起，从而提高计算的速度、复杂性和效率。我们称之为‘内存增强计算’，并正在与其他团队合作，为人工智能在人工智能领域的应用奠定基础。新环境。”
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