Forscher haben nämlich einen Halbleiter entdeckt, der den Energieverbrauch einer vielversprechenden digitalen Speichertechnologie um das Milliardenfache senken könnte. Dieser Fortschritt könnte einen entscheidenden Wendepunkt für die Zukunft der Speichertechnologien markieren.
Der Phasenwechselspeicher (PCM) weckt aufgrund seiner außergewöhnlichen Leistungsfähigkeit ein zunehmendes Interesse. Diese Technologie ermöglicht es, Daten sowohl schnell als auch dauerhaft zu speichern. Zusammengefasst kombiniert sie die Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers (RAM) mit der dauerhaften Speicherung von SSDs. Sie basiert auf der Fähigkeit bestimmter Materialien, zwischen zwei Zuständen zu wechseln: kristallin und amorph. Die Daten werden durch diese Zustandswechsel kodiert, jedoch begrenzt der energieintensive Prozess ihre großflächige Anwendung.
Der übliche Prozess, der erforderlich ist, um den Zustand im PCM zu ändern, besteht darin, ein Material zu erhitzen, um eine der gewünschten Phasen zu erreichen. Dies erfordert starke Hitze, gefolgt von schnellem Abkühlen. Diese Technik ist zwar effektiv, erfordert aber erhebliche Energiemengen. Die Entdeckung eines Halbleiters, des Indiumselenids, könnte diesen Energiebedarf jedoch eliminieren.
Dieses Material weist einzigartige Eigenschaften auf, die sowohl ferroelektrisch als auch piezoelektrisch sind. Das bedeutet, dass es ein internes elektrisches Feld erzeugen oder sich unter einer elektrischen Ladung verformen kann. Diese Eigenschaften stehen im Mittelpunkt des Mechanismus, der den Energiebedarf des PCM drastisch senkt. Während ihrer Experimente stellten die Forscher fest, dass ein Gleichstrom ausreichte, um die Zustandsänderung im Material herbeizuführen, ohne auf die üblichen energieintensiven Schritte zurückzugreifen.
Das ist noch nicht alles: Die Forscher beobachteten mikroskopische Verformungen, die eine akustische Welle erzeugten und die kristalline Struktur des Materials störten. Dieses Phänomen, das mit einer Lawine verglichen wird, führt zu einer Transformation, die minimaler Energie bedarf. Diese Entdeckung, die zunächst als experimenteller Fehler betrachtet wurde, hat sich schließlich als neue, zuverlässige und effektive Methode zur Speicherung von Daten in einem Phasenwechselspeicher erwiesen.
Die Verwendung dieses Halbleiters könnte potenziell den Energieverbrauch zahlreicher elektronischer Systeme senken. Dies hätte besonders in Bereichen wie Rechenzentren erhebliche Auswirkungen, die derzeit fast 1 % des weltweiten Energieverbrauchs ausmachen. Ein solcher Fortschritt könnte dazu beitragen, diesen Verbrauch zu reduzieren und gleichzeitig die Leistung digitaler Geräte zu steigern.
Die Eigenschaften des Indiumselenids beschränken sich nicht nur auf den digitalen Speicher. Sie eröffnen neue Möglichkeiten in den Bereichen Photonik und Elektronik, mit potenziellen Anwendungen in Sensoren oder adaptiven Schaltkreisen. Die Forschung wird fortgesetzt, um das volle Potenzial dieses Materials zu erkunden.
Die Bedeutung dieser Entdeckung liegt auch im zufälligen Element, das sie möglich gemacht hat. Während der Experimente mit Materialien für konventionelle Anwendungen entdeckten die Wissenschaftler ein neuartiges Verhalten. Dieser Fortschritt erinnert daran, dass die bemerkenswertesten wissenschaftlichen Entdeckungen manchmal aus unerwarteten Beobachtungen hervorgehen.
Ein solcher Durchbruch könnte auch eine strategische Rolle spielen. Wenn er in großem Maßstab kommerzialisiert wird, könnte er die technologische Abhängigkeit bestimmter Länder, wie der USA von China, reduzieren und die lokale Produktion von Halbleitern autonomer machen.