研究人员开发超晶格材料存储器 用于柔性电子可穿戴设备

要想让粘贴式显示器、智能绷带和廉价的柔性塑料传感器真正起飞，它们将需要某种可以建立在塑料上长期存储数据的方法。在柔性电子的生态系统中，拥有存储器选项是非常重要的。

但是今天的非易失性存储器版本，如闪存，并不是很适合。因此，研究人员决定尝试将一种相变存储器适应于塑料时，他们得到了一种更好工作的存储器，因为它是建立在塑料上的。重置存储器所需的能量比以前的柔性版本低一个数量级。他们本周在《科学》杂志上报告了他们的发现。

相变存储器（PCM）对塑料电子产品来说不是一个明显的胜利。它以电阻状态存储其位。在其结晶阶段，它的电阻很低。但在设备中运行足够的电流会融化晶体，使其在非晶相中冻结，从而具有更高的电阻。这个过程是可逆的。重要的是，特别是对于实验性的神经形态系统，PCM可以存储中间水平的电阻。因此，一个单一的设备可以存储多于一个比特的数据。

不幸的是，通常涉及的一组材料在像塑料这样的柔性基材上不能很好地工作。研究人员决定尝试一种叫做超晶格的材料，即由不同材料纳米层组成的晶体。在研究这些超晶格时，研究人员得出结论，它们应该是非常热绝缘的，因为在其结晶形式下，层与层之间存在原子级的间隙。这些"类似范德瓦尔斯的空隙"既限制了电流的流动，也限制了热量。因此，当电流被迫通过时，热量不会迅速从超晶格中流走，这意味着从一个阶段切换到另一个阶段需要更少的能量。

研究人员进行了100多次尝试，以产生具有正确范德瓦尔斯间隙的超晶格。一张黑白的显微照片，标记为5nm的超晶格结构由碲化锑和碲化锗的交替层形成。层与层之间形成类似范德瓦尔斯的空隙，限制了电流和热量的流动。

研究人员通过将电流限制在一个600纳米宽的孔状结构中来保持记忆装置中的热量，该结构被绝缘的氧化铝所包围。最后一层绝缘层是塑料本身，它对热流的抵抗力比通常建立在硅上的PCM要好得多。完成的装置的电流密度约为每平方厘米0.1兆安培，比传统的硅上PCM低两个数量级，比以前的柔性装置好一个数量级。此外，它显示了四种稳定的电阻状态。所以它可以在一个设备中存储多个比特的数据。