Výdrž batérie patrí medzi najväčšie slabiny modernej elektroniky. Výskumníci z japonského inštitútu Institute of Science Tokyo teraz predstavili pamäťovú technológiu, ktorá môže výrazne znížiť spotrebu energie v smartfónoch, notebookoch či nositeľnej elektronike. Zaujímavé pritom je, že nový typ pamäte funguje lepšie práve vtedy, keď sa ďalej zmenšuje.

Vedci tvrdia, že ich riešenie by v budúcnosti mohlo umožniť zariadeniam fungovať celé mesiace na jedno nabitie. Technológia zároveň otvára dvere úspornejšej umelej inteligencii aj senzorom internetu vecí, ktoré dnes často narážajú na limity batérií.

Za prehrievaním telefónov či rýchlym vybíjaním stojí najmä neustála práca procesorov a pamäťových modulov. Tie ukladajú dáta pomocou elektrických stavov reprezentujúcich nuly a jednotky. Čím viac energie je potrebné na prepínanie medzi týmito stavmi, tým vyššia je spotreba aj produkcia tepla.

Práve preto sa vedci už desaťročia snažia nájsť efektívnejší spôsob ukladania dát. Jednou z najperspektívnejších ciest sa stal takzvaný ferroelektrický tunelový spoj, známy pod skratkou FTJ. Tento koncept vznikol už v roku 1971, no dlhé roky narážal na zásadný problém — pri zmenšovaní pamäťových buniek prudko klesal výkon.

Zlom nastal až po roku 2011, keď vedci objavili nečakané vlastnosti hafniového oxidu. Ide o materiál, ktorý sa už dnes používa pri výrobe polovodičov. Ukázalo sa, že si dokáže zachovať ferroelektrickú polarizáciu aj pri extrémne malej hrúbke.

Menšia pamäť funguje lepšie

Tím pod vedením profesora Yutaka Majima sa rozhodol posunúť technológiu na hranicu možností. Výsledkom je pamäťový prvok široký iba 25 nanometrov, teda približne tritisícina hrúbky ľudského vlasu.

Práve pri takýchto rozmeroch sa však objavuje ďalší problém. Elektrický prúd začne unikať cez hranice mikroskopických kryštálov v materiáli, čo znižuje spoľahlivosť aj efektivitu pamäte. Doteraz to bola jedna z hlavných bariér ďalšej miniaturizácie.

Japonskí vedci namiesto obchádzania problému zvolili opačný prístup. Zariadenie ešte viac zmenšili a zároveň vyvinuli nový spôsob tvarovania elektród. Tie zahrievali tak, aby prirodzene vytvorili polkruhovú štruktúru. Vďaka tomu sa podarilo obmedziť množstvo hraníc medzi kryštálmi, cez ktoré prúd uniká.

Výsledok prekvapil aj samotných výskumníkov. Pamäť totiž dosahovala lepšie parametre pri menších rozmeroch než pri väčších. Výrazne sa zvýšil aj pomer tunelového elektrického odporu TER, ktorý je kľúčový pre spoľahlivé rozlišovanie uložených dát. Pri najmenšej verzii dosiahol hodnotu približne 2200, čo predstavuje výrazný posun oproti starším riešeniam.

Dopad môže pocítiť každý používateľ

Ak sa technológiu podarí dostať do komerčných zariadení, zmeny by mohli byť výrazné. Smart hodinky alebo fitness náramky by nemuseli vydržať iba niekoľko dní, ale pokojne celé mesiace bez nabíjania. Výrazne by sa znížila aj potreba výmeny batérií v rôznych senzoroch či inteligentných zariadeniach.

Veľký význam môže mať nová pamäť aj pre umelú inteligenciu. Moderné AI modely spotrebujú obrovské množstvo energie nielen v dátových centrách, ale postupne aj v bežných zariadeniach. Úspornejšia pamäť by mohla zrýchliť výpočty a zároveň znížiť energetické nároky.

Dôležité je aj to, že hafniový oxid je už dnes kompatibilný s existujúcimi výrobnými procesmi polovodičového priemyslu. To znamená, že výrobcovia čipov nemusia budovať úplne nové továrne ani meniť celý výrobný reťazec. Práve to môže urýchliť nasadenie technológie do praxe.

Profesor Majima prirovnal vývoj k „chôdzi v tme“. Podľa jeho slov vedci často narážajú na presvedčenie, že určité limity už nie je možné prekonať. Práve spochybňovanie zaužívaných pravidiel však podľa neho viedlo k objaveniu úplne novej perspektívy v oblasti pamäťových technológií.

Čítajte viac z kategórie: Novinky