加快发展高性能存储器与计算器件

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  深圳特区报讯(记者 马璇 通讯员 王若琳)记者昨天从深圳大学获悉,该校材料学院特聘教授饶峰最近以《捕捉液体中的结构转变》为题,在国际顶尖期刊《科学》(《Science》)上发表论文,评述相变存储材料的液-液转变机制。其中深圳大学材料学院为该论文第一通讯单位;饶峰为第一作者和通讯作者,西安交通大学教授张伟与美国约翰霍普金斯大学教授马恩为共同通讯作者。

  据介绍,相变随机动态存储器是最具潜力的新一代非易失性存储器,在革新现有冯诺依曼计算体系架构、实现人工智能神经元计算方面已成为业界、学界的研究热点。PCRAM最显著的特性在于高操作速度且数据非易失性:高温(600-700 K)下,相变存储材料可实现纳秒乃至亚纳秒级高速晶化;而在室温(300 K)下,非晶态数据可实现十年以上的稳定保持。这说明相变材料的过冷液相(supercooled liquid phase)在玻璃转变温度Tg与熔点Tm之间存在着巨大的动力学变化(kinetics change),然而这种动力学反差的微观结构起源却始终是个谜。

  通过采用飞秒级同步辐射硬X射线衍射技术,研究人员发现AgInSbTe、Ge15Sb85两种典型的相变材料的过冷液相中存在一种LLPT。过冷液相在淬火过程中,经历此LLPT后,原子间电子局域化程度增强,致使液相体系更加粘滞(原子迁移受阻):即LLPT之前高温的脆性(fragile)液相转变为LLPT之后低温的刚性(strong)液相,证实此LLPT正是过冷液相动力学转变的结构诱因,发生了Fragile-to-strong crossover(脆性-刚性转变)。这一发现揭示了相变存储材料高温高速晶化且低温数据非易失特性的物理本质,为设计性能更为优良的新型相变材料提供了强大的实验检验武器;有助于加快发展基于PCRAM的高性能通用型存储器与类脑神经元计算器件。

  该研究获得了国家自然科学基金优秀青年基金项目、广东省基础研究重大项目、深圳市基础研究布局与自由探索项目的资助。