ผนังที่บางเพียงอะตอมสามารถทำลายขนาด อุปสรรคด้านหน่วยความจำในอุปกรณ์รุ่นต่อไปได้

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องประชดประชันที่ Evgeny Tsymbal เสนอคำอธิบายของเขาเกี่ยวกับสิ่งมหัศจรรย์ทางเทคโนโลยี - ผนังที่ปกคลุมด้วยข้อมูลซึ่งเคลื่อนย้ายได้ซึ่งมีความกว้างเพียงอะตอม - ซึ่งในที่สุดอาจช่วยให้คอมพิวเตอร์ทำงานเหมือนสมองมากขึ้น Tsymbal ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเนแบรสกา-ลินคอล์นแห่งมหาวิทยาลัยจอร์จ โฮล์มส์ กล่าวว่า "มีหลักฐานชัดเจนว่าตำแหน่งที่ว่างของออกซิเจนเป็นสาเหตุของเรื่องนี้" ด้วยความร่วมมือกับเพื่อนร่วมงานในจีนและสิงคโปร์ Tsymbal และศิษย์เก่า Husker บางคนได้สาธิตวิธีการสร้าง ควบคุม และอธิบายผนังที่ปราศจากออกซิเจนของวัสดุที่บางระดับนาโนซึ่งเหมาะกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคหน้า ซึ่งแตกต่างจากเทคนิคการเขียนและอ่านข้อมูลดิจิทัลส่วนใหญ่ ซึ่งพูดเฉพาะเลขฐานสองของ 1 และ 0 ผนังเหล่านี้สามารถพูดได้หลายภาษาทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์ที่เก็บข้อมูลเหล่านั้นเก็บข้อมูลได้มากขึ้น เช่นเดียวกับไซแนปส์ในสมอง ทางเดินของไฟฟ้าแหลมที่ส่งผ่านผนังอาจขึ้นอยู่กับสัญญาณที่ผ่านมาก่อน ทำให้พวกมันมีความสามารถในการปรับตัวและประหยัดพลังงานมากขึ้น ซึ่งคล้ายกับความทรงจำของมนุษย์ และมากเท่ากับที่สมองยังคงรักษาความทรงจำแม้ในเวลาที่ผู้ใช้นอนหลับ กำแพงสามารถเก็บสถานะข้อมูลไว้ได้แม้ว่าอุปกรณ์จะปิดอยู่ก็ตาม ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เปิดขึ้นใหม่ด้วยความเร็วและความเรียบง่ายของแสง ทีมงานได้สำรวจกำแพงทำลายสิ่งกีดขวางในวัสดุนาโนชื่อบิสมัท เฟอร์ไรต์ ซึ่งสามารถหั่นให้บางกว่าเส้นผมมนุษย์หลายพันเท่า บิสมัทเฟอร์ไรต์ยังมีคุณสมบัติที่หายากที่เรียกว่าเฟอร์โรอิเล็กทริก: โพลาไรเซชันหรือการแยกประจุไฟฟ้าบวกและลบสามารถพลิกกลับได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย เขียน 1 หรือ 0 ในกระบวนการ ตรงกันข้ามกับ DRAM ทั่วไป ซึ่งเป็นหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มแบบไดนามิกที่ต้องรีเฟรชทุก ๆ สองสามมิลลิวินาที โดยค่า 1 หรือ 0 จะยังคงอยู่แม้ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าถูกถอดออก ทำให้เทียบเท่ากับหน่วยความจำระยะยาวที่ DRAM ขาดไป โดยปกติแล้ว โพลาไรเซชันนั้นจะอ่านเป็น 1 หรือ 0 และกลับด้านเพื่อเขียนใหม่เป็น 0 หรือ 1 ในพื้นที่ของวัสดุที่เรียกว่าโดเมน โดเมนโพลาไรซ์ที่อยู่ตรงข้ามกันสองโดเมนมาบรรจบกันเพื่อสร้างกำแพง ซึ่งกินพื้นที่เพียงเศษเสี้ยวของพื้นที่สำหรับโดเมนเอง ความหนาเพียงไม่กี่อะตอมของผนังเหล่านั้น และคุณสมบัติที่ผิดปกติซึ่งบางครั้งอาจปรากฏขึ้นในหรือรอบๆ ผนัง ทำให้พวกเขาตกเป็นผู้ต้องสงสัยในการค้นหาวิธีใหม่ๆ ในการบีบฟังก์ชันการทำงานและที่เก็บข้อมูลที่มากขึ้นลงในอุปกรณ์ที่ลดขนาดลง ถึงกระนั้น กำแพงที่ขนานไปกับพื้นผิวของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก และประจุไฟฟ้าสุทธิที่ใช้ในการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูล ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ายากที่จะค้นหา นับประสาอะไรกับการควบคุมหรือสร้าง แต่เมื่อประมาณ 4 ปีที่แล้ว Tsymbal เริ่มพูดคุยกับ Jingsheng Chen จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ และ He Tian จากมหาวิทยาลัย Zhejiang ของจีน ในเวลานั้น Tian และเพื่อนร่วมงานบางคนกำลังบุกเบิกเทคนิคที่ช่วยให้พวกเขาใช้แรงดันไฟฟ้าในระดับ อะตอม ได้ แม้ว่าพวกเขาจะบันทึกการกระจัดและไดนามิกแบบอะตอมต่ออะตอมในแบบเรียลไทม์ก็ตาม ในท้ายที่สุด ทีมงานพบว่าการใช้ไฟเพียง 1.5 โวลต์กับฟิล์มบิสมัทเฟอร์ไรต์ทำให้ได้ผนังโดเมนที่ขนานกับพื้นผิวของวัสดุ ซึ่งเป็นผนังที่มีความต้านทานไฟฟ้าเฉพาะซึ่งสามารถอ่านค่าเป็นสถานะข้อมูลได้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกถอนออก กำแพงและสถานะข้อมูลจะยังคงอยู่ เมื่อทีมงานเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ผนังโดเมนก็เริ่มย้ายวัสดุลงมา ซึ่งเป็นลักษณะการทำงานที่พบในเฟอร์โรอิเล็กทริกอื่นๆ ในขณะที่ผนังในวัสดุอื่น ๆ นั้นแพร่กระจายในแนวตั้งฉากกับพื้นผิว แต่ผนังนี้ยังคงขนานกัน และไม่เหมือนกับรุ่นก่อนๆ กำแพงนี้ใช้การเคลื่อนตัวของธารน้ำแข็ง โดยย้ายชั้นอะตอมเพียงชั้นเดียวในแต่ละครั้ง ในทางกลับกัน ตำแหน่งของมันก็สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งลดลงในสามขั้นตอนที่แตกต่างกัน - สถานะข้อมูลที่อ่านได้มากขึ้นสามสถานะ - ที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้ 8 และ 10 โวลต์ นักวิจัยได้ระบุ W สองสามตัว - อะไร ที่ไหน เมื่อไร ซึ่งมีความสำคัญต่อการนำปรากฏการณ์นี้ไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในที่สุด แต่พวกเขายังขาดไปหนึ่งอย่าง Tsymbal ตามที่เกิดขึ้น เป็นหนึ่งในไม่กี่คนที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่จะจัดการกับมัน "มีปริศนา" Tsymbal กล่าว "ทำไมมันถึงเกิดขึ้น? และนี่คือสิ่งที่ทฤษฎีช่วย" ผนังโดเมนส่วนใหญ่เป็นกลางทางไฟฟ้า ไม่มีทั้งประจุบวกและประจุลบ นั่นเป็นเหตุผลที่ดี: ผนังที่เป็นกลางต้องการพลังงานเพียงเล็กน้อยเพื่อรักษาสถานะไฟฟ้า ทำให้เป็นค่าเริ่มต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ กำแพงโดเมนที่ทีมระบุในบิสมัทเฟอร์ไรต์บางเฉียบกลับมีประจุไฟฟ้าจำนวนมาก และนั่นทำให้ Tsymbal รู้ว่าควรจะป้องกันไม่ให้มันคงที่และคงอยู่ต่อไป ถึงกระนั้น มันก็สามารถทำเช่นนั้นได้ ดูเหมือนจะดูหมิ่นกฎฟิสิกส์ของสสารควบแน่น จะต้องมีคำอธิบาย ในการวิจัยก่อนหน้านี้ Tsymbal และเพื่อนร่วมงานพบว่าการจากไปของอะตอมออกซิเจนที่มีประจุลบและตำแหน่งว่างที่มีประจุบวกที่พวกเขาทิ้งไว้อาจขัดขวางผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ทางเทคโนโลยี ครั้งนี้ การคำนวณตามทฤษฎีของ Tsymbal ชี้ให้เห็นในทางตรงกันข้าม นั่นคือ ตำแหน่งว่างที่มีประจุบวกกำลังชดเชยประจุลบอื่นๆ ที่สะสมอยู่ที่ผนัง ซึ่งเป็นการเสริมความแข็งแกร่งในกระบวนการนี้ การวัดเชิงทดลองจากทีมในภายหลังจะแสดงให้เห็นว่าการกระจายของประจุในวัสดุเรียงตัวกันเกือบตรงกับตำแหน่งของกำแพงโดเมน ตรงตามที่คำนวณไว้ หากตำแหน่งว่างของออกซิเจนปรากฏขึ้นในสนามเด็กเล่นเฟอร์โรอิเล็กทริกอื่นๆ Tsymbal กล่าวว่า สิ่งเหล่านี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีความสำคัญต่อความเข้าใจที่ดีขึ้นและอุปกรณ์วิศวกรรมที่รวมเอาวัสดุชั้นดีเข้าไว้ด้วยกัน "จากมุมมองของฉัน นั่นเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นที่สุด" Tsymbal ผู้ทำการวิจัยโดยได้รับการสนับสนุนจากโครงการ EQUATE ที่เน้นควอนตัมของมหาวิทยาลัยกล่าว "สิ่งนี้เชื่อมโยงเฟอร์โรอิเล็กทริกกับเคมีไฟฟ้า เรามีกระบวนการเคมีไฟฟ้าบางประเภท กล่าวคือ การเคลื่อนที่ของออกซิเจนที่ว่าง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะควบคุมการเคลื่อนที่ของผนังโดเมนเหล่านี้ "ผมคิดว่ากลไกนี้มีความสำคัญมาก เพราะสิ่งที่คนส่วนใหญ่กำลังทำอยู่ รวมทั้งเราในทางทฤษฎี กำลังดูวัสดุบริสุทธิ์ ที่โพลาไรเซชันสลับขึ้นและลง และศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นกับความต้านทาน การตีความเชิงทดลองทั้งหมดของ พฤติกรรมนี้ขึ้นอยู่กับภาพง่ายๆ ของโพลาไรเซชัน แต่ในที่นี้ ไม่ใช่แค่โพลาไรเซชันเท่านั้น มันเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีบางอย่างภายในนั้นด้วย"