顛覆傳統0與1的世界 下世代光控多位元記憶材料研究刊登國際期刊

新網記者歸鴻亭台北報導
2019/5/22 下午 04:14:03 / 電腦實境

　科技部近年極為重視對年輕學者的補助，如規劃推動愛因斯坦計畫，以鼓勵年輕學者大膽嘗試創新構想，產出突破性的成果。國立成功大學物理系助理教授楊展其與教授陳宜君所帶領的研究團隊，在新世代記憶體材料鐵酸鉍(BiFeO3)的操控方式上，有重大突破。

科技部在新世代記憶體材料鐵酸鉍的操控方式上，有重大突破，自左至右為科技部自然司司長林敏聰、科技部政務次長謝達斌、成功大學同學吳沅致、成功大學教授陳宜君、成功大學助理教授楊展其、成功大學研發長教授謝孫源與成功大學同學劉懿德。(科技部攝影)

　鐵酸鉍是在一個存儲單元中可同時具有高達8種邏輯狀態(0-7)的多位元記憶體材料，比起傳統只能存儲0與1的單位元記憶體，可大幅地提升儲存資訊的密度。研究團隊成功地開發新穎光學技術，可進行非接觸性地特性控制，應用這類材料與相關光控技術，現有記憶體的體積可以被大幅地縮小，耗能也將近一步降低。應用於人工智能發展與雲端運算，更可減少讀取資料的延遲時間，大幅加速演算速度，可望在未來微縮化多功能奈米元件的趨勢中，帶來革命性的突破。相關研究成果 已於5月6日刊載於國際頂尖期刊《自然材料》(Nature Materials)。

　隨著資訊科技的快速進步，物聯網、雲端運算、人工智慧及大數據分析等智慧化與自動化的技術正蓬勃發展。在資訊處理與運算等過程中，資料的儲存是相當重要的一個環節。若能掌握大容量、小型化、高速、節能且可靠的儲存技術，便能建立超高效能的計算平台，大量提升資料處理的效率。傳統硬碟與記憶體的基礎單位為0與1的組合，受於此限制，基礎記憶單元只能靠不斷縮小元件尺寸才能提高記憶體密度，在開發上始終會達到極限。探尋具有更強大多元的邏輯狀態記憶能力之材料，以及全新的存取技術，可說是未來資訊科技發展的關鍵。

　成大團隊所研究的多邏輯位元記憶材料，對下一世代記憶體提供了全新方案。陳宜君教授指出，以磁性金屬薄膜為主材料的傳統硬碟為例，只具有一個鐵磁有序性，用以紀錄0與1的資訊。而多鐵性材料鐵酸鉍的記憶單元為材料內自發的電偶極矩與電子自旋排列方向，記憶單元理論上可達次奈米尺度，且可在同一點存在多個記憶狀態，即同時包含電、磁與反鐵磁有序，組合上可一次紀錄八組資訊於單個儲存單元中。且相較於現今商用非揮發性記憶體仍有斷電長時間後會損失資料的問題，多鐵性材料的記憶狀態更加穩定。

　成大團隊這次研究最重要的突破，在於賦予該材料全光控的優勢，由於光是交變的電磁波，因此在傳統經驗中，光無法對材料產生多組態的記憶調變。楊展其助理教授表示，團隊所提出的關鍵光控技術，可利用光照產生的局部形變進而控制鐵酸鉍中的多位元記憶組態。利用光學寫入技術的記憶體不需任何借助任何金屬電極與複雜的元件製程，充分體現“材料即元件”之構想，不只提升了資訊存儲效益，也為新世代記憶體開發帶來全新的思考方式，使得該材料可被直接導入如量子儲存，量子通訊等結合尖端光學技術的跨領域科技。

　科技部政務次長謝達斌表示，兩位主持人都是非常優秀的年輕學者，本次的優異成果，不單是年輕學者創造力、行動力、突破力的展現，也是基礎研究結合先進成長與關鍵量測技術並回應前瞻產業需求的最佳例子。科技部將持續穩定深耕基礎研究，期待有更多的創新技術突破，在不久的將來一一實現。