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新型内存可在300℃高温下工作

来源: 科技日报  作者: 陈丹   2015-01-09 10:53  编辑: 郑唯


  科技日报讯(记者陈丹)电子内存设备的性能会随着温度的升高而下降,但美国科学家提出了一种新的内存设计,却需要在超过600开(约327℃)高温下工作。这种纳米热机械存储器(Nano ThermoMechanical memory)利用热而非电,来记录、存储和恢复数据,未来有望应用于空间探索任务、深井钻探、内燃机等多个领域。

  内布拉斯加大学林肯分校研究生马哈茂德·艾尔左卡和助理教授西迪·恩道在最近出版的《应用物理快报》上发表论文,描述了这种新内存。“(这项研究)最重要的意义在于实际设计/开发了一种高温存储(逻辑)设备。”恩道说,“目前还不存在能够在极端环境下保持良好性能的随机存取存储器。”

  据物理学家组织网1月8日(北京时间)报道,在新设计的纳米热机械存储器中,二进位存储态“0”和“1”由两种稳定的温度状态来表示。比如在模拟实验中,1038开代表“0”,而1341开代表“1”。

  拥有两种不同的稳定温度状态非常少见,因为大多数设备只有一个稳定温度状态。要做到这一点,关键是小心控制两个间距极小的物体之间的热传递。在新的高温存储设备中,这两个物体分别是:一个固定的热的终端和其下方的一个没有固定且温度较低的“头(head)”。“头”可以上下自由移动,并通过一根柄与另一个底部固定的冷的(模拟实验中为600开)终端相连。

  当热量被施加到热终端时,部分热量会通过远场热辐射传递给“头”。随着“头”的温度升高,连接柄由于热膨胀而伸长,使得“头”与热终端的间距缩小(近似于一个辐射波长),这时热传递的主要方式变为了近场而非远场热辐射。重要的是,从热终端向“头”传递的热量实际上在增加,即使二者之间的温差减小了。这种有违直觉的现象被称为负微分热阻(NDTR),两个稳定的温度状态也正是因此才得以存在的。

  当热终端(通过近场热辐射)传递给“头”的热量与“头”(通过向连接柄向下传导)损失的热量相等时,就会出现稳定的温度状态,也可称为热闭锁状态。如果这种状态因温度降低而被打破,系统会自动获取热量来回归稳定;反之,当温度升高,它也会自动损失热量。处于两种稳定温度状态中间的为临界状态,若高于临界值,系统将趋向于温度较高的稳定状态;若低于临界值,则转向温度较低的状态。

  通过使用热探针来控制热终端的温度,数据就可以写入并存储在存储器中,读出数据只需测量一根绝缘探针的温度即可。

  将来,纳米热机械存储器也可作为逻辑设备来使用,其同样具有可在高温环境下操作的优点。研究人员接下来将通过实验来实现他们的内存设计。“我们目前正在制造一个近场纳米热机械存储器工作原型。”恩道说。

   总编辑圈点

  通过改变工作温度让材料特殊属性发挥作用的例子无处不在,高温超导材料即为典型案例。本文中的纳米热机械存储器,巧妙地利用温度差别,开发出了具有计算机内存逻辑能力的“智能”装置,其中的精妙所在,莫过于让代表“0”和“1”的两种温度保持工作稳定性。试想一下,如果这个设计广泛应用,未来所有在高温环境下工作的仪器和设备,其动态数据能够轻松采集,那么人类距离建设“智慧地球”还真是又近了一大步。


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