科技日報(bào)訊 （記者陳丹）電子內(nèi)存設(shè)備的性能會隨著溫度的升高而下降，但美國科學(xué)家提出了一種新的內(nèi)存設(shè)計(jì)，卻需要在超過600開（約327℃）高溫下工作。這種納米熱機(jī)械存儲器（Nano ThermoMechanical memory）利用熱而非電，來記錄、存儲和恢復(fù)數(shù)據(jù)，未來有望應(yīng)用于空間探索任務(wù)、深井鉆探、內(nèi)燃機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。 內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校研究生馬哈茂德·艾爾左卡和助理教授西迪·恩道在最近出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》上發(fā)表論文，描述了這種新內(nèi)存。“（這項(xiàng)研究）最重要的意義在于實(shí)際設(shè)計(jì)/開發(fā)了一種高溫存儲（邏輯）設(shè)備?！倍鞯勒f，“目前還不存在能夠在極端環(huán)境下保持良好性能的隨機(jī)存取存儲器?！?/p> 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月8日（北京時(shí)間）報(bào)道，在新設(shè)計(jì)的納米熱機(jī)械存儲器中，二進(jìn)位存儲態(tài)“0”和“1”由兩種穩(wěn)定的溫度狀態(tài)來表示。比如在模擬實(shí)驗(yàn)中，1038開代表“0”，而1341開代表“1”。 擁有兩種不同的穩(wěn)定溫度狀態(tài)非常少見，因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)備只有一個(gè)穩(wěn)定溫度狀態(tài)。要做到這一點(diǎn)，關(guān)鍵是小心控制兩個(gè)間距極小的物體之間的熱傳遞。在新的高溫存儲設(shè)備中，這兩個(gè)物體分別是：一個(gè)固定的熱的終端和其下方的一個(gè)沒有固定且溫度較低的“頭（head）”。“頭”可以上下自由移動，并通過一根柄與另一個(gè)底部固定的冷的（模擬實(shí)驗(yàn)中為600開）終端相連。 當(dāng)熱量被施加到熱終端時(shí)，部分熱量會通過遠(yuǎn)場熱輻射傳遞給“頭”。隨著“頭”的溫度升高，連接柄由于熱膨脹而伸長，使得“頭”與熱終端的間距縮?。ń朴谝粋€(gè)輻射波長），這時(shí)熱傳遞的主要方式變?yōu)榱私鼒龆沁h(yuǎn)場熱輻射。重要的是，從熱終端向“頭”傳遞的熱量實(shí)際上在增加，即使二者之間的溫差減小了。這種有違直覺的現(xiàn)象被稱為負(fù)微分熱阻（NDTR），兩個(gè)穩(wěn)定的溫度狀態(tài)也正是因此才得以存在的。 當(dāng)熱終端（通過近場熱輻射）傳遞給“頭”的熱量與“頭”（通過向連接柄向下傳導(dǎo)）損失的熱量相等時(shí)，就會出現(xiàn)穩(wěn)定的溫度狀態(tài)，也可稱為熱閉鎖狀態(tài)。如果這種狀態(tài)因溫度降低而被打破，系統(tǒng)會自動獲取熱量來回歸穩(wěn)定；反之，當(dāng)溫度升高，它也會自動損失熱量。處于兩種穩(wěn)定溫度狀態(tài)中間的為臨界狀態(tài)，若高于臨界值，系統(tǒng)將趨向于溫度較高的穩(wěn)定狀態(tài)；若低于臨界值，則轉(zhuǎn)向溫度較低的狀態(tài)。 通過使用熱探針來控制熱終端的溫度，數(shù)據(jù)就可以寫入并存儲在存儲器中，讀出數(shù)據(jù)只需測量一根絕緣探針的溫度即可。 將來，納米熱機(jī)械存儲器也可作為邏輯設(shè)備來使用，其同樣具有可在高溫環(huán)境下操作的優(yōu)點(diǎn)。研究人員接下來將通過實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)他們的內(nèi)存設(shè)計(jì)?！拔覀兡壳罢谥圃煲粋€(gè)近場納米熱機(jī)械存儲器工作原型。”恩道說。 |
