La aparición de la inteligencia artificial y las técnicas de aprendizaje automático está cambiando el mundo drásticamente con aplicaciones novedosas como Internet de las cosas, vehículos autónomos, procesamiento de imágenes en tiempo real y análisis de big data en el sector sanitario. En 2020, Se estima que el volumen global de datos alcanzará los 44 Zettabytes, y seguirá creciendo más allá de la capacidad actual de los dispositivos informáticos y de almacenamiento. Al mismo tiempo, el consumo de electricidad relacionado aumentará 15 veces para 2030, absorbiendo el 8% de la demanda mundial de energía. Por lo tanto, La reducción del consumo de energía y el aumento de la velocidad de la tecnología de almacenamiento de información es una necesidad urgente.

Investigadores de Berkeley dirigidos por el profesor Xiang Zhang, presidente de HKU, cuando estaba en Berkeley, en colaboración con el equipo del profesor Aaron Lindenberg en la Universidad de Stanford, inventó un nuevo método de almacenamiento de datos:hacen que las capas con números impares se deslicen en relación con las capas con números pares en ditelurida de tungsteno, que tiene solo 3 nm de grosor. La disposición de estas capas atómicas representa 0 y 1 para el almacenamiento de datos. Estos investigadores hacen uso creativo de la geometría cuántica:curvatura de Berry, para leer la información. Por lo tanto, esta plataforma de material funciona idealmente para la memoria, con operación independiente de 'escritura' y 'lectura'. El consumo de energía con este novedoso método de almacenamiento de datos puede ser más de 100 veces menor que con el método tradicional.

Este trabajo es una innovación conceptual para los tipos de almacenamiento no volátil y potencialmente puede traer una revolución tecnológica. Por primera vez, los investigadores demuestran que los semimetales bidimensionales, yendo más allá del material de silicona tradicional, se puede utilizar para el almacenamiento y la lectura de información. Este trabajo fue publicado en el último número de la revista Física de la naturaleza . En comparación con la memoria no volátil (NVW) existente, Se espera que esta nueva plataforma de materiales aumente la velocidad de almacenamiento en dos pedidos y reduzca el costo de energía en tres pedidos. y puede facilitar enormemente la realización de la computación en memoria emergente y la computación de redes neuronales.

Esta investigación se inspiró en la investigación del equipo del profesor Zhang sobre "Transición de fase estructural de MoTe de una sola capa ₂ impulsado por dopaje electrostático, " publicado en Naturaleza en 2017; y la investigación de Lindenberg Lab sobre "Uso de la luz para controlar el cambio de propiedades de los materiales en materiales topológicos, " publicado en Naturaleza en 2019.

Previamente, Los investigadores encontraron que en el material bidimensional-ditelurida de tungsteno, cuando el material está en un estado topológico, la disposición especial de los átomos en estas capas puede producir los llamados "nodos de Weyl, "que exhibirá propiedades electrónicas únicas, como la conducción de resistencia cero. Se considera que estos puntos tienen características de agujero de gusano, donde los electrones hacen un túnel entre las superficies opuestas del material. En el experimento anterior, los investigadores encontraron que la estructura del material se puede ajustar mediante un pulso de radiación de terahercios, por lo tanto, cambiar rápidamente entre los estados topológicos y no topológicos del material, apagando y volviendo a encender efectivamente el estado de resistencia cero. El equipo de Zhang ha demostrado que el grosor a nivel atómico de los materiales bidimensionales reduce en gran medida el efecto de apantallamiento del campo eléctrico. y su estructura se ve fácilmente afectada por la concentración de electrones o el campo eléctrico. Por lo tanto, los materiales topológicos en el límite bidimensional pueden permitir la conversión de la manipulación óptica en control eléctrico, pavimentación hacia dispositivos electrónicos.

En este trabajo, los investigadores apilaron tres capas atómicas de capas de metal ditelurida de tungsteno, como una baraja de cartas a nanoescala. Al inyectar una pequeña cantidad de portadores en la pila o aplicar un campo eléctrico vertical, hicieron que cada capa impar se deslizara lateralmente en relación con las capas pares encima y debajo de ella. Mediante las correspondientes caracterizaciones ópticas y eléctricas, observaron que este deslizamiento es permanente hasta que otra excitación eléctrica provoca que las capas se reorganicen. Es más, para leer los datos y la información almacenados entre estas capas atómicas en movimiento, los investigadores utilizaron la "curvatura Berry" extremadamente grande en el material semimetálico. Esta característica cuántica es como un campo magnético, que puede dirigir la propagación de los electrones y dar como resultado un efecto Hall no lineal. A través de tal efecto, la disposición de la capa atómica se puede leer sin perturbar el apilamiento.

Usando esta característica cuántica, Se pueden distinguir bien diferentes pilas y estados de polarización de metales. Este descubrimiento resuelve la dificultad de lectura a largo plazo en metales ferroeléctricos debido a su débil polarización. Esto hace que los metales ferroeléctricos no solo sean interesantes en la exploración física básica, pero también demuestra que dichos materiales pueden tener perspectivas de aplicación comparables a las de los semiconductores y aislantes ferroeléctricos convencionales. Cambiar las órdenes de apilamiento solo implica la ruptura del vínculo de Van der Waals. Por lo tanto, el consumo de energía es teóricamente dos órdenes de magnitud menor que la energía consumida al romper el enlace covalente en los materiales tradicionales de cambio de fase y proporciona una nueva plataforma para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento más eficientes energéticamente y nos ayuda a avanzar hacia un futuro sostenible e inteligente.