Teoretyczna pamięć fononowa

Lei Wang i Baowen Li, naukowcy z Singapuru badają możliwość wyprodukowania urządzeń przechowujących dane, które miałyby działać nie dzięki zmianom napięcia, a zmianom temperatury (falom cieplnym). Jak już informowaliśmy, Wang i Li pod koniec 2007 roku zaprezentowali pracę, w której opisali tranzystor fononowy, czyli termiczny odpowiednik tranzystora polowego. To z kolei otwiera drogę do powstania fononiki, czyli nauki o przetwarzaniu informacji dzięki ciepłu.

Obecnie Wang i Li opublikowali w Physical Review Letters artykuł, w którym dowodzą, że możliwe będzie wyprodukowanie fononowych układów pamięci. Przewidują, że mogą one powstać już w ciągu najbliższych kilku lat, gdy tylko pozwoli na to rozwój technologiczny.

Obaj naukowcy twierdzą, że odpowiednio izolowany układ byłby w stanie przechowywać termicznie zapisane informacje przez długi czas. Problemem staje się jednak odczyt danych, gdyż podczas pomiaru temperatury dojdzie do wymiany ciepła pomiędzy układem a termometrem. Dlatego też singapurczycy proponują zastosowanie układu termicznego, zdolnego do prezentowania dwóch stanów, który byłby zasilany z zewnętrznego źródła ciepła.

Teoretyczna kość Wanga i Li ma być zbudowana z pojedynczej cząsteczki znajdującej się pomiędzy dwoma siatkami krystalicznymi składającymi się około 50 atomów każda. Siatki zostałyby podłączone do źródeł ciepła o różnych temperaturach. Z kolei znajdująca się pomiędzy nimi cząsteczka byłaby połączona z kontrolnym źródłem ciepła, które można włączać i wyłączać. Taki system mógłby dokonywać pełnych operacji odczytu/zapisu. Moduł zapisujący to siatka krystaliczna z około 10 atomów, połączona z jednej strony cząsteczką, a z drugiej - do źródła ciepła. Moduł ten mógłby zatem ochładzać cząsteczkę, przełączając ją tym samym w stan 0 lub ją podgrzewać (stan 1).

Dane odczytywane byłyby przez termometr podłączony tylko do cząsteczki. Jeśli cząsteczka byłaby ciepła (stan 1) doszłoby do podgrzania termometru. Z kolei zimna cząstka (stan 0) ochłodzi go. W ten sposób dojdzie do odczytania informacji. Oczywiście cząstka ulegałaby ochłodzeniu/podgrzaniu również przez sam kontakt z termometrem. To mogłoby zmienić jej stan. Zapobiec temu mają znajdujące się obok siatki krystaliczne, które albo zaabsorbują nadmiar ciepła z rozgrzewającej się od termometru cząstki, albo też ogrzeją ją, gdy zacznie się ochładzać. W ten sposób stan cząstki zostanie zachowany.

Z obliczeń naukowców wynika, że po odłączeniu modułu zapisującego, cząstka dość długo zachowa swój stan, chociaż wyprodukowanie idealnej pamięci, ze względu na fluktuacje termiczne, nie będzie możliwe. Jednak można wydłużyć czas przechowywania danych poprzez ich regularne odświeżanie, podobnie jak dzieje się to obecnie w pamięciach DRAM.

fonon fononika fala ciepła pamięć fononowa tranzystor fononowy tranzystor termiczny pamięć termiczna