南加州大學的研究人員展示了一種新型電子記憶體芯片，該芯片可在高達 1,292°F（700°C）的溫度下可靠運行，遠超過傳統電子設備的極限。在測試過程中，這款記憶體芯片顯示出無法達到其操作極限的跡象，研究人員表示 1,292°F（700°C）只是他們設備能夠承受的最高溫度。智能手機、汽車、衛星及工業系統中的電子設備都存在一個根本的限制：熱量。大多數傳統電子設備在約 392°F（200°C）時開始出現故障，這對於在極端環境中工作的工程師來說是一個主要挑戰，例如太空探索、地熱鑽探和核能系統。
“可以稱之為一場革命。這是迄今為止展示的最佳高溫記憶體，”該研究的研究員 Joshua Yang 表示。
該研究團隊開發的設備是一種記憶電阻器（memristor），這是一種納米級元件，既可以存儲信息，也可以執行計算操作。其結構由兩層電極和中間夾著的薄陶瓷層組成。團隊使用鎢作為上層電極，氧化鉿陶瓷作為中間層，以及石墨烯作為下層電極。選擇鎢的原因是它擁有所有金屬中最高的熔點，而石墨烯則是一層碳原子，能夠在極高的溫度下不會降解。最終的記憶體芯片展現了令人印象深刻的性能，能在 1,292°F（700°C）下持續保持數據超過 50 小時，無需刷新。此外，它在該溫度下經受了超過 10 億次切換循環，並以僅 1.5 伏特的電壓運行，切換速度達到數十納秒。
“說實話，這是一次意外發現，就像大多數發現一樣。如果可以預測，通常不會令人驚訝，可能也不夠重要，”Yang 說。在傳統電子設備中，熱量會導致上層電極的金屬原子通過陶瓷層遷移。最終，這些原子到達下層電極並形成永久連接，短路設備並導致故障。石墨烯防止了這一過程，鎢和石墨烯之間的表面化學阻止了鎢原子與石墨烯層的結合。由於沒有錨點，這些原子選擇遷移，而不是形成短路，從而在極端溫度下防止設備故障。
能在高於 932°F（500°C）的溫度下運行電子設備一直是太空機構的目標，特別是在金星的任務中，因為那裡的表面溫度極高。目前基於矽的電子設備在這些溫度下會失效。除了太空探索，這項技術還可在地熱鑽探、核能系統及工業環境中發揮作用，這些地方的電子設備必須在強熱源附近運行。即使在日常應用中，針對極端溫度設計的設備在正常運行條件下也會更加耐用。
這種記憶電阻器還在人工智能計算中具有潛在應用。許多 AI 操作在很大程度上依賴於矩陣乘法，這一過程在傳統數字計算機中消耗大量能量。記憶電阻器可以通過電行為物理執行這些計算，潛在地實現更快和更節能的 AI 處理。這項研究已發表在《科學》期刊上。
