Науковці в Китаї розробили двовимірний чіп флеш-пам’яті, здатний зберігати дані за допомогою лише одного електрона при кімнатній температурі. 16 липня дослідники описали цю розробку в журналі Science. Вважається, що вона може зробити передачу даних значно швидшою та енергоефективнішою. Новий чіп отримав назву Guiyi та вже привернув увагу як потенційний прорив для індустрії напівпровідників. Про це повідомляє Live Science з посиланням на дослідження, опубліковане в журналі Science.
У статті, опублікованій у Science 16 липня, професор мікроелектроніки Чжоу Пен і його колеги детально описали робочу двовимірну флеш-пам’ять, яка вловлює та зчитує один-єдиний електрон при кімнатній температурі. Таке досягнення тривалий час вважали недосяжним ідеалом для напівпровідників.
Команда працювала над давньою проблемою галузі. Ще у 1990-х науковці намагалися зберігати дані за допомогою одного електрона, але сигнал від захопленого електрона був надто слабким для чіткого зчитування. Його порівнювали зі спробою помітити хвилю від однієї краплі дощу, що впала у водосховище.
Щоб розв’язати цю проблему, розробники застосували незвичне інженерне рішення. Двовимірний флеш-чіп має шар графену, який запобігає витоку електронів. Завдяки цьому команді вдалося суттєво покращити якість сигналу.
За даними дослідників, пристрій підвищує слабкий короткочасний сигнал із десятків мілівольт до стабільних 0,5 вольта. Це десятикратне покращення порівняно з будь-якою попередньою спробою роботи з одним електроном. Для порівняння, сучасні найпотужніші чіпи оперативної пам’яті виробництва Samsung і SK Hynix для збереження одного біта інформації потребують близько 200 000 електронів.
Науковці пояснили, що таке різке скорочення кількості електронів дає змогу зменшити вимоги до простору та енергоспоживання пристроїв. В ідеальному світі для зберігання даних вистачало б лише одного електрона. Раніше подібні спроби зазвичай зазнавали невдачі через технічну проблему: однобітову пам’ять на одному електроні створювали й раніше, але вона мала труднощі з формуванням станів, які були б чітко розрізнюваними та стабільними при кімнатній температурі. Коли кількість електронів у звичайних пристроях зменшували, паразитна ємність послаблювала сигнал.
Один із попередніх варіантів розв’язання цієї проблеми виявився надто короткочасним. Частково це вдалося подолати завдяки конструкції нанорозмірної краплі полікристалічного кремнію, яка показала виявлену напругу при кімнатній температурі, але такий стан тривав лише п’ять секунд. Новий чіп Guiyi долає цю межу завдяки продуманій архітектурі з графеновим шаром.
Дослідники з Фуданьського університету не планують зупинятися на лабораторному прототипі. За їхніми словами, технологія рухається до комерціалізації: планується заснувати компанію ще цього року та вивести архітектуру на ринок протягом трьох-п’яти років. Це свідчить про те, що розробка вийшла за межі суто теоретичного інтересу.
Команда Фуданьського університету вже має досвід швидкого прогресу в цій сфері. Дослідження ґрунтується на досягненнях тієї самої групи: у 2025 році науковці повідомили про графеновий флеш-пристрій, що зберігав інформацію за 400 пікосекунд і витримував понад 5,5 мільйона циклів запису. Пізніше вони продемонстрували повнофункціональний 2D флеш-чіп, інтегрований зі звичайною кремнієвою електронікою. Водночас попереду ще чимало роботи. Новій одноелектронній конструкції ще потрібно довести, що мільйони або мільярди таких елементів здатні надійно працювати разом.
Ця розробка не є єдиним проривом останніх років у сфері енергоефективної електроніки. Раніше з’являлися й інші рішення, спрямовані на скорочення енергоспоживання чипів та прискорення обробки даних, зокрема завдяки новим матеріалам і архітектурним підходам у мікроелектроніці. Індустрія напівпровідників уже кілька років шукає способи обійти фізичні межі традиційного кремнієвого масштабування. Оскільки галузь наближається до цих меж, інновації, що працюють на абсолютному квантовому мінімумі, дають змогу зазирнути у наступне покоління обчислювальної техніки.
