Thiết bị ghi nhớ mới

Việc kiểm soát luồng nhiệt có thể là một cách khác để dự trữ thông tin kỹ thuật số.
Một ngày nào đó, máy tính có thể dự trữ thông tin sử dụng không chỉ các tích điện hoặc hiện tượng từ mà còn là các gói nhiệt nhỏ được gọi là phonon. Thiết bị ghi nhớ dựa trên nhiệt có thể được làm trong các nguyên lý vật lý về mặt lý thuyết, nghiên cứu mới cho thấy thẻ nhớ này kéo dài lâu bền và có thể đọc được mà không có sự phá hủy thông tin – hai yêu cầu thiết yếu cho việc dự trữ thông tin hữu ích.

Những mạch điện dựa trên các gói nhiệt lượng tử nhỏ thay vì là các tích điện có thể làm cho máy tính có khả năng sử dụng lượng nhiệt thừa – cái mà có thể tỏa nhiệt để giữ bộ xử lý máy tính tránh khỏi sự quá nhiệt – để thực hiện được sự ước tính hữu ích và lưu trữ thông tin, các nhà nghiên cứu đề nghị trong một tương lai gần là Physical Review Letters. Một làn sóng nghiên cứu trong những năm qua trên lĩnh vực vật lý về sự kiểm soát các túi nhiệt mang lại những thiết kế về nhiệt – dựa trên ống hai cực, bóng bán dẫn và các cổng logic thực hiện các quá trình hoạt động.

“Đây là một lĩnh vực mang nhiều hứa hẹn,” Baowen Li, một nhà vật lý học tại đại học Quốc Gia của Singapore cùng với các bạn đồng nghiệp Lei Wang thuộc trường đại học Renmin, Beijing, Trung Quốc, thiết kế ra thẻ nhớ nhiệt cho biết. Các mạch điện dựa trên nhiệt “không chỉ là một cách xác định tiến trình thông tin mà nó còn là khoa học kỹ thuật mới trong việc kiểm soát lượng nhiệt. Chúng tôi tin đây sẽ là cuộc cách mạng hóa trong việc sử dụng nhiệt hằng ngày của chúng ta và giúp con người tiết kiệm năng lượng và sống trong một thế giới thuộc về môi trường nhiều hơn.”

Không giống những electron trong mạch điện, các phonon trong mạch nhiệt thực sự không phải là các hạt. Thay vào đó, các phonon là những đơn vị riêng biệt của sự chấn động trong số các nguyên tử trong thể rắn. Những chấn động càng mạnh thì vật rắn càng nóng. Trong các chất rắn dẫn nhiệt, các phonon chuyển động qua vật chất như các electron qua dây dẫn điện.

Trong công trình mới, Li và Wang không thực sự xây dựng một thiết bị ghi nhớ dựa trên nhiệt. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mô hình hóa máy tính và các tính toán lý thuyết để chỉ ra rằng một thiết bị như vậy thực ra là có thể làm được một cách tự nhiên.

Thông thường nhiệt tập trung có khuynh hướng tiêu hao thời gian, điều mà có thể không tạo ra thẻ nhớ dựa trên nhiệt. Nhưng Li và Wang chỉ ra rằng, dưới các điều kiện hiện tại, thông tin được lưu trữ khi các phonon có thể được duy trì. Thông thường, lượng nhiệt nhanh hơn khi có sự khác biệt lớn về nhiệt độ giữa hai vật chất, giải thích được tại sao đèn đỏ nóng sẽ tỏa nhiệt nhiều trong nước nhanh hơn một bóng đèn thường. Nhưng đội nghiên cứu chỉ ra trước đó rằng các vật chất có thể được thiết kế để hoạt động theo cách ngược lại, do đó sự khác biệt nhiệt độ lớn gây ra lượng nhiệt di chuyển chậm hơn. Sự hưởng ứng đảo ngược này là những gì cho phép các phonon ở một trong hai nhiệt độ - tiêu biểu cho “bật” hoặc “tắt” thẻ nhớ kỹ thuật số - để giữ nhiệt độ kéo dài đủ để tạo ra thẻ nhớ nhiệt hữu ích.

“Hai trạng thái ổn định của mạch điện giống như hai thung lũng sâu riêng biệt,” Li giải thích. “Rất khó di chuyển từ thung lũng này sang thung lũng khác bởi vì giữa chúng có ngọn núi cao.”

Nếu được kiểm chứng trong các thí nghiệm của phòng thí nghiêm, thiết bị ghi nhớ dựa trên nhiệt sẽ là một mối lợi trong việc phát triển lĩnh vực nghiên cứu về sự vận dụng các phonon, được biết như là phononic.

Nghiên cứu “thêm vào một yếu tố quan trọng vào lĩnh vực năng lượng phononic,” Chih-Wei Chang, một nhà vật lý học tại đại học California, Berkeley cũng nghiên cứu phononic, cho biết. “Công trình này nhắc chúng ta rằng phonon, giống như electron, đều có chức năng vận chuyển thông tin. Do vậy, một ngày nào đó, con người có thể có thiết bị phononic chuyển giao và thu nhận thông tin giống như các thiết bị electron tạo hình thế giới của chúng ta.”

[ Trở về]