マルチタスクには代償があります。コンピュータは、まだハード ドライブに保存していない作業を追跡するために大量の電力を消費しています。アメリカ人は、動作中にコンピュータのメモリにデータを保存しておくために、電気に年間 60 億ドルを費やしています。しかし、科学者たちは今週、このようなデータを永続的に保存できる新しいタイプの材料のおかげで、その数字が急激に低下する可能性があると報告しています。
標準的なデスクトップ コンピューターは、バイナリ データを構成する 1 と 0 のストリームを格納するために、2 種類のメモリ テクノロジに依存しています。コンピュータのハード ディスクは、データを磁気ディスクに記録された磁気の向きのストリップとして保存します。コンパスの針が北または南を指し、それぞれが 1 または 0 を表す無数のパッチを想像してみてください。この磁気の向きは、意図的に切り替えられるまで持続するため、このタイプののメモリは安定しており、それを維持するために電力を追加する必要はありません。
ただし、2 番目のタイプのメモリは有効です。これは、コンピュータがタスクを実行するために使用するランダム アクセス メモリ (RAM) またはワーキング メモリです。従来のRAMは、回路内でいくつかのトランジスタをリンクすることによって作られています。このタイプのメモリは「揮発性」です。つまり、情報の各ビットを保持するには、継続的に電力を供給する必要があります。データをハードディスクに保存せずにコンピュータの電源を切ると、その情報は永久に失われます。
コンピューターは、それが起こらないようにするために、毎年数十億ドル相当の電力を消費しています。従来の RAM に代わるものは存在し、そのうちのいくつかは不揮発性メモリです。しかし、これらには欠点があります。より高価で、重く、単にコンピュータ チップのスペースを取りすぎる可能性があります。
現在、米国と韓国の研究者が今週の Nature で報告しています。 それらの問題をすべて克服する可能性のある新しい素材を作成したこと。安価なビルディングブロックから作られた結晶性有機化合物であるこの材料は、「幸運な偶然」として生まれたと、イリノイ州エバンストンにあるノースウェスタン大学の化学者であるサミュエル・ストゥップは言う。 Stupp は、Stoddart の研究室の元メンバーであり、現在はニューヨークのロチェスター大学のポスドク研究員である Alexander Shveyd が、リング状の有機分子の実験を行っていたと説明しています。しかし、彼はあまり運がありませんでした。彼は、現在ハーバード大学のポスドク研究員である Stupp の研究室の友人である Alok Tayi の助けを借りました。一緒に、ペアは2つの分子の設計を微調整し、糸のビーズのように、交互の位置で自発的に積み重ねるようにしました.
その設計には別の利点があることが判明しました。新素材は強誘電体で、片面はマイナスに帯電し、もう片面はプラスに帯電します。強誘電体材料に電場を印加することで、エンジニアは電荷を反転させることができます。一度反転すると、材料は別のジュースのバーストに当たらない限り、その電荷の向きを維持します。この比較的恒久的な配向により、強誘電体は不揮発性メモリの魅力的な材料になります。
強誘電体は新しい概念ではありません。実際、無機化合物でできた強誘電体材料は何十年も前から存在しており、今日では一部のコンピューターでさえ使用されています。しかし、無機強誘電体材料は高価な処理を必要とするため、研究者は長い間、有機材料の方が安価であると期待してきました。通常、これらの化合物の分子および電子構造をいじるのは簡単です。しかし、以前の有機強誘電体は、無機物と同様に結晶分子秩序を維持できなかったため、秩序が安定する氷点下をはるかに下回る温度でのみ強誘電体でした。
新しい材料は、構成要素分子が自発的に規則正しい結晶に集合する方法により、室温で機能します。ドナーと呼ばれる 1 つの分子には、余分な電子があります。アクセプターと呼ばれるもう一方には、電子が 1 つ欠けています。ドナー分子とアクセプター分子は、余分な電子を共有するために互いに寄り添いますが、どちらのタイプの分子も、他の隣接分子とのより弱いリンクを形成する可能性があります。その結果、各ペアのドナーは一方の側でパートナーのアクセプターの近くに寄り添いましたが、反対側では次のドナーとアクセプターのペアのアクセプターから離れた握手でした。そのため、ドナーとアクセプターは長いスタックを形成し、ドナーとアクセプターが交互になりました。これらのスタックが組み立てられた方法により、材料は強誘電性になり、全体的な電気的配向は一方向になりました。
とどめの一撃は、研究者が結晶内とは反対の向きの電場を適用したとき、ビルディングブロックがスクエアダンサーのように振る舞ったことでした.ドナーは、以前は腕の長さで保持されていたアクセプターを引き寄せ、以前のパートナーをわずかに遠ざけました. .その結果、データのビットが 1 から 0 に切り替わるように、全体的な電気的方向が反転しました。
「この発見は非常に重要です」と、東京大学の化学者、相田拓三は言う。 Aida 氏は、新しい素材を実用的なデータ ストレージ技術にするためには、まだ微調整が必要かもしれないと述べています。ストゥップも同意する。しかし、ビルディング ブロックは簡単に変更できると彼は言います。 「設計ルールがわかったので、分子を変更してさまざまな方法で組み合わせることができます。」
