關于第三類存儲技術的分析和破解數(shù)據(jù)存儲難題的作用

當今的電子產(chǎn)品想要存儲數(shù)據(jù)，無非是通過兩類途徑：第一類是易失性存儲，例如計算機的內(nèi)存，掉電后數(shù)據(jù)會立即消失；第二類是非易失性存儲，比如人們常用的U盤，在寫入數(shù)據(jù)后無需額外能量可保存信息10年。

然而，這兩類存儲技術各有各的問題。易失性存儲速度快，但是保存期限短。非易失性存儲雖能滿足數(shù)據(jù)存儲年限的要求，可寫入速度卻足足慢了幾千倍。

針對這一難題，復旦大學張衛(wèi)、周鵬團隊利用顛覆性的二維半導體器件，開創(chuàng)了第三類存儲技術，讓“寫入速度”與“非易失性”二者兼得，相關成果以《用于準非易失應用的范德瓦爾斯結構半浮柵存儲》為題，在線發(fā)表于《自然·納米技術》雜志。

比U盤快一萬倍，數(shù)據(jù)有效期可私人訂制

相信許多人都被U盤或移動硬盤“鍛煉”過耐心，這是因為傳統(tǒng)的非易失性存儲技術需要幾微秒到幾十微秒才能把一單位的數(shù)據(jù)保存下來。相比之下，易失的半導體電荷存儲技術只用幾納秒就能做到（1微秒=1000納秒）。

?圖. 用于準非易失應用的范德瓦爾斯結構半浮柵存儲。劉春森博士生和周鵬教授為共同第一作者，張衛(wèi)教授和周鵬教授為通訊作者。

而此次，復旦大學研發(fā)的新型電荷存儲技術已經(jīng)可以達到10納秒的數(shù)據(jù)寫入速度。這意味著，其傳輸速度比普通U盤快了近乎一萬倍，數(shù)據(jù)刷新時間也是內(nèi)存技術的156倍。與此同時，數(shù)據(jù)在寫入之后保存年限非常久。即使無外界能量輸入，信息也可以保存最多10年。不僅如此，數(shù)據(jù)的存儲時長甚至實現(xiàn)了按需定制：人們可以自主設置數(shù)據(jù)信息在設備中的存儲時間，最短10秒，最久10年，過期就自動消失。這些全新特性不僅在高速內(nèi)存中可以極大降低存儲功耗，同時還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效期截止后自然消失，在特殊的保密場景中有極大的應用價值。

二維材料新組合：電子在“開門”與“撞墻”間的藝術

面對如此新穎的第三類存儲技術，該論文的評審人也稱其為“鬼斧神工”的技藝。那么，這樣的成就又是如何實現(xiàn)的？

存儲技術時效性的關鍵，在于對電子的管控。要想傳輸速度快，就要讓電子快速進入。而要想數(shù)據(jù)保存時間久，就要讓電子牢牢鎖住。復旦大學研究人員認為，要實現(xiàn)快速、長久的保存，存儲材料應當“一部分如同一道可隨手開關的門，電子易進難出；另一部分則像一面密不透風的墻，電子難以進出。對‘寫入速度’與‘非易失性’的調(diào)控，就在于這兩部分的比例?！闭撐淖髡咧荠i介紹道。

為此，他們選擇了多種二維材料，堆疊構成了半浮柵結構晶體管。在存儲器中，二硫化鉬等材料分別用于開關電荷輸運和儲存，而氮化硼被作為隧穿層，以制成階梯能谷結構的“范德瓦爾斯異質(zhì)結（二維材料堆疊后，分子間作用力使其形成的結構）。”正是這幾種二維材料全新組合，充分發(fā)揮了二維材料的豐富能帶特性，將第三類存儲技術變?yōu)楝F(xiàn)實。

如人們所知，二維材料發(fā)軔于石墨烯的發(fā)現(xiàn)。這種材料在平面內(nèi)存在強有力的化學鍵鍵合，而層與層之間則依靠分子間作用力堆疊在一起。同時，它也是一個兼有導體、半導體和絕緣體的完整體系。因此，二維材料在存儲技術研發(fā)領域有著極大的潛力。

實際上，該研究團隊也很早意識到了這一點。在2017年時，他們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二維材料制作的半導體有許多“奇異新特性”。此次，他們將之前的發(fā)現(xiàn)進一步深化，首創(chuàng)了新一代存儲技術，這或許在不久的未來會深刻改變?nèi)藗儗?shù)據(jù)的儲存方式。