הצמיחה האקספוננציאלית של נתונים דיגיטליים – מרשתות הזרמת מחשוב ענן ועד למחקר מדעי ואינטרנט הדברים – הציבה דרישות חסרות תקדים בטכנולוגיות אחסון נתונים.מדומי אחסון מסורתיים, כגון כונן דיסק קשיח (HDDs) וכוננים של מדינתיים מוצקים (SSDs), מתקרבים למגבלות פיזיות וכלכליות יוצאות דופן של נתונים על מנת לשפר את הגרף האטומי של פחמן, שכן שכבת אחסון ראשונית אחת של פחמן מסודרים ב- hexagonal lce שתפסה את הדמיון של מהנדסים ומדענים יכולים לשנות את התכונות הכימיות שלה, מאז 2004, היא יכולה לשפר את התפקוד הפונקציונליות שלה, מאחר ש"מבודדה"מחדש"מחדש"לתקן"ל"לתקן" הוא גורם מרכזי" הוא גורם מרכזי" הוא גורם ל-"מחדש"לתקן"מחדש"מחדש"לתקן" גרף" גרף" גרף"לתקן"לתקן"לתקן"לתקן" (ה"מחדש" (ה" (Ric) של חומרים מכני של חומרים מכני של חומר אחסון אוטומטי, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, "מחדש" (Ric) של חומרים מכני של חומרים מכני" (SSD) של חומר אחסון יחיד של חומרים מכני"

מה זה Graphene?

Graphene הוא דוטרופיה דו-ממדית של פחמן, המורכב שכבת יחיד של אטומים מסודרים בדפוס hexagonal חוזר.זה היה מבודד לראשונה בהצלחה על ידי אנדרה גייים וקונסטנטין נובורוב באוניברסיטת מנצ'סטר בשנת 2004, פריצת דרך שהרוויחה אותם פרס נובל בפיזיקה בשנת 2010. החומר נגזר מגרףט, החומר המשותף נמצא בעיפרון, אבל הוא ביסודו שונה בשל המבנה שלה דו-ממדי.

מאפיינים מרכזיים של גרפן כוללים:

  • (FLT:0)Extreme דקות: 1FLT:1 בסתם אחד אטום עבה, גרפן הוא למעשה גיליון דו-ממדי עם שטח משטח מסוים של כ 2,630 m2 /g, המציע מרחב אינטראקציה עצום לתהליכים אלקטרוניים.
  • (FLT:0) מוליכות חשמלית:FIRLT:1 אלקטרונים עוברים דרך גרפן עם ניידות גבוהה מאוד - עד 200,000 ס"מ / V-s - הרבה מעבר לזה של סיליקון או נחושת.זה נובע מבנה הלהקה הייחודי של החומר, שבו נושאי מטען מתנהגים כמו fermions ללא מסה.
  • כוח מכני:0 (FLT:1 Graphene הוא בערך 200 פעמים חזק יותר פלדה עדיין גמישה ואלסטית.המודולולוים של יאנג שלה הוא סביב 1 TPa, והוא יכול להיות מתוח עד 20% ללא הפסקה.
  • (FLT:0) מוליכות תרמית: FLT:1 הוא פועל חום טוב יותר מכל חומר ידוע, עם מוליכות תרמית מעל 5000 W / mK בטמפרטורת החדר, אשר חיוני לניהול חום בתקני אחסון ארוזים בצפיפות.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ 1 (ב) גרף 1 (Gatephene) הוא בלתי אפשרי לכל הגזים והנוזלים, כולל הליום, המאפשר לו לפעול כמחסום מגן אידיאלי נגד חמצון וזיהום באמצעי אחסון.
  • (FLT:0) שקיפות אופטית: 1FLT) הוא סופג רק 2.3% מהאור הנראה, מה שהופך אותו שקוף, נכס מועיל לאחסון אופטי מסוים ותכניות קריאה.

תכונות אלה, בשילוב עם שפע יחסי של פחמן, הציבו גרפן כחומר מרכזי בפיתוח של מכשירים אלקטרוניים הדור הבא, כולל פתרונות אחסון נתונים מתקדמים.

הנוף הנוכחי של אחסון נתונים

כדי להעריך את ההשפעה הפוטנציאלית של גרפן, חיוני להבין את המגבלות של טכנולוגיות אחסון נוכחיות. כונן הדיסק הקשיח להסתמך על סטריטורים מגנטיים רוטטים וראשי קורא / טקס - רכיבים מכניים אשר כופים מגבלות על מהירות, עמידות, ומיניסטרציה. בעוד הם צפיפות (ביטים לכיכר) גדל באופן דרמטי מעל עשרות שנים, הוא מתקרב למגבלות על-על מגנטיות בסיסיות שבו תחומים מגנטיים קטנים מדי כדי לשמור על רמות גבוהות מדי, במיוחד על בטיחות, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, כלומר, כלומר, לחץ גבוה יותר, על פני מגנטיות, במיוחד, כלומר, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח של לחץ גבוה יותר, על פני השטח של לחץ גבוה יותר, על פני השטח, על פני השטח, אך ורק על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח של לחץ גבוה יותר, על פני השטח המהיר, אך ורק על פני השטח, על פני השטח של אבטחה גבוהה יותר ויותר גבוה יותר, על פני השטח של אבטחה גבוהה יותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר, על פני השטח, אך הוא מתקרב באופן דרמטי יותר ויותר גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר, על פני השטח, על פני השטח, אך הוא מתקרב לטמפרטורות

טכנולוגיות זיכרון מתפתחות - כגון ספין-העברה לזיכרון מגנטי (STT-MRAM), זיכרון של שינוי שלב (PCM), ו- RAM התנגדות (RRAM) - שיפורי ביצועים אך עדיין נאבקים עם בעיות מהירות, יעילות אנרגיה, עלות או קנה מידה. Graphene, עם שילוב ייחודי של תכונות, יש פוטנציאל לא רק לשפר את פורמטי האחסון הקיימים, אלא גם לאפשר ארכיטקטורות חדשות לחלוטין כי להתגבר על הבקבוקים אלה.

למה גרפן לאחסון הבא?

Graphene מתייחס כמה מגבלות ליבה של אמצעי אחסון קונבנציונליים ומתעוררים. להלן הם היתרונות העיקריים שהופכים אותו לחומר משכנע עבור מכשירים לאחסון נתונים.

הכחשה גבוהה

מכיוון שגרףן הוא רק אחד עבה, ניתן להשתמש בו כדי ליצור שכבות אולטרה-אין בתאי זיכרון, המאפשר אחסון קומפקטי מאוד יותר. בכונן דיסק קשיח, שכבת אטומית אחת של גרפן יכול לשמש ציפוי הגנה אולטרה-אינטאלי המאפשר את קורא / לשכתב לטוס קרוב יותר ל- plחומר, ובכך להגדיל את צפיפותם של נתונים מוצקה, גרף אלקטרון יכול להיות ערימה מינימלית עם קיבולת גבוהה יותר של אחסון HDD-ממדן.

העברת נתונים מהירה

ניידות גבוהה מאוד של Graphene פירושה כי אותות אלקטרוניים יכולים להפיץ את זה עם עיכוב מינימלי.במכשירי זיכרון, זה מתורגם לזמני מעבר מהירים ושיעורי העברת נתונים גבוהים יותר.לדוגמה, טרנזיסטורים המבוססים על גרפן יכולים לפעול בתדרים terahertz, הרבה מעבר ליכולות של סיליקון. בזיכרון פלאשן, ערוץ גרף התנהגות יכול להפחית / לחדד על ידי גודל של חוקרים, לעומת 10 שניות של גרף פחות מ- 2 גרף של זיכרון, 000 השני של פחות מ- השני של גרף, 000 השני של זיכרון.

אחריות ויציבות

העוצמה המכנית של Graphene ו-Abremeability מספקים הגנה יוצאת דופן עבור שכבות אחסון רגישות.בדחפים קשים מגנטיים, ראש קורא / לשכתב זבובים מעל ה platter; התנגשות אחת יכולה לגרום לתאונה. ציפוי Graphene, רק כמה אטומים עבה, יכול להגן על מטלים מלבוש פיזי וכימיקלי קורוזיציה ללא תוספת משקל משמעותי או מרחק.

אנרגיה יעילה

מכשירים אחסון נוכחיים מייצרים הפסדים עמידים משמעותיים, במיוחד כאשר שיעור הנתונים עולה על מוליכות גבוהה של Graphene מקטין את ההתנגדות ואת פיזור כוח הקשורים.יתר על כן, מתח המעבר הנמוך הנדרש ב transistors מבוסס גרפן ותאים זיכרון (בשל צפיפות גבוהה שלה ותפקוד טונה) חתכים עוד יותר צריכת אנרגיה.

ניהול ארס

אחסון גבוה של שקיפות מייצר חום שיכול להדהים ביצועים ואמינות.ה מוליכות התרמית המעולה של Graphene מאפשרת לו להפיץ חום הרחק ממקומות חמים - כגון אזור ראש קורא / לשכת ראש ב- HDD או ערוץ טרנזיטור פעיל ב- SSD. על ידי שילוב כיור גרפן חום או אינטרשבטים, מכשירים אחסון יכולים לשמור על טמפרטורות הפעלה נמוכות יותר, ומאפשר ביצועים גבוהים ללא גירוי.

גמישות וגורם טפסים

מכיוון שגרףן חזק וגמיש, הוא פותח את הדלת לתקני אחסון שניתן לכופף, לגלגל וללבוש אותם.רכיבי אחסון מסורתיים הם נוקשים ושבריריים; זיכרון מבוסס גרפן יכול להיות מוטבע בבגדים, שעונים חכמים, או כתמים רפואיים, בהתאם משטחים מעוקלים תוך שמירה על ביצועים. גמישות זו היא אמצעי חיוני עבור האינטרנט הצומח של דברים (IoT) אשר דרישות אחסון שניתן לשלבם לגורמים מגוונים.

מחקר ופיתוח נוכחי

חוקרים ברחבי העולם חוקרים באופן פעיל כיצד לרתום גרפן במוצרי אחסון נתונים מעשיים.העבודה משתרעת על פרדיגמות אחסון מרובות - מגנטיות, פלאש, התנגדות ומעבר לכך.

גרפן ב-Hard Disk Drives

אחת היישומים המבטיחים ביותר היא להשתמש בגרפן כעמיסת אולטרה-אין עבור מצמידים מגנטיים ב HDDs. Conventional HDDs להשתמש במעליות מבוססות פחמן (כגון פחמן דמוי יהלום) שהם כמה ננומטרים עבה. Graphene, להיות רזה ו unermeable HDDs, יכול להחליף את הציפויים האלה, המאפשר קריאה / לכתוב ראש לפעול בגובה נמוך מאוד של מחקר אלקטרונים, 000 של סרטן, 000, 000 של סרטן צפיפות, 000 גבוה יותר, 000 של סרטן, 000 גבוה יותר, 000 של סרטן, 000 גרף, 000 של סרטן, 000 גבוה יותר, 000 גרף, 000 גרף, 000 גרף של סרטן, 000 גרף על ידי גרף גבוה יותר, 000 גרף גבוה יותר, 000.

בפיתוח אחר, גרפן נחקר לשימוש בהקלטה מגנטית מואשמת חום (HAMR) HAMR משתמש בלייזר כדי לחמם נקודה זעירה על הדיסק כדי להפחית את הכובד המגנטי, המאפשר נתונים להיכתב עם דגנים קטנים יותר. עם זאת, החום יכול להפיג את ה- lubricant ו-Overcoat שכבות. Graphene של מוליכות תרמית גבוהה ויציבות יכול לשמש כמכשפים חום-מחוסנים יותר, ובכך למנוע את הדיסק יעיל יותר.

גרפן ב Solid-state Drives

Graphene נחקר גם כמרכיב בזיכרון פלאש NAND וטכנולוגיות זיכרון לא רצוניות.חוקרים פיתחו אלקטרודות שער מבוססי גרפן וערוצי התנהגות בתאי זיכרון פלאש פלאש.לדוגמה, מחקר שפורסם ב-FLT:0 Nature CommunicationsuaFLT:1 תיאר זיכרון פלאש מבוסס גרפן-ריבון המציג ניתוח כוח אולטרה סגול וסיבולה גבוהה יותר ל-Arnapericericase מחזורי זיכרון מהיר יותר.

בנוסף, גרפן שימש אלקטרודה מעוותת בתקני RAM התנגדות (RRAM), שבו מעבר מתרחש באמצעות היווצרות וקרע של סדקים התנהגותיים. גמישותו של Graphene וחוסר רטיות כימיות לשפר את יציבות האופניים. צוות באוניברסיטה הלאומית של סינגפור השיג מעל 10 מיליון מחזורים במכשיר גרפין-אלקטרוני RRAM, הרבה יותר טיפוסי של תחבולת RRAM.

ציוד אחסון גמיש ולבוש

כמה קבוצות מחקר הראו כי רכיבי זיכרון גמישים באמצעות גרפן כשכבה פעילה או כקישורים. לדוגמה, מדענים מאוניברסיטת אקסטר עיצבו מכשיר זיכרון גמיש לחלוטין על תת-קרקעי באמצעות oxide באמצעות גרף גרף כשכבה מעבר התנגדות.המכשיר יכול להיות כפוף אלפי פעמים ללא פגיעה קלה בעור.

גרפן ב-Switchtronic and Other Emerging Memories

אורך הספין-פוזה הארוך של Graphene (עד כמה מיקרומטר בטמפרטורת החדר) הופך אותו אטרקטיבי עבור מכשירים ספינטרוניק, אשר לאחסן נתונים במצב הספין של אלקטרונים במקום לטעון. ספין וצומת מגנטי באמצעות גרפן בשלב משתנה של מעבר ספין-טרנס נדרש, המציע גם פעולה מהירה ופירוק אנרגיה נמוכה.

רוחב המחקר ממחיש כי גרפן אינו קשור לגישה אחסון יחיד; הוא יכול לשמש כחומר המאפשר מעבר לכל קשת טכנולוגיות אחסון נתונים, שיפור ביצועים, צפיפות ואמינות.

אתגרים וההורדות

למרות ההבטחה, שילוב גרפן למכשירי אחסון נתונים מסחריים עדיין לא פשוט.יש לטפל באתגרים משמעותיים רבים לפני אחסון מבוסס גרפן הופך למיינסטרים.

ייצור סקאלה

הגרף האיכותי ביותר מיוצר באמצעות פיזור מכני (שיטת "Scotch הקלטת"), אשר מניבה פתיתי קטן ואינו מדרג. עבור יישומים תעשייתיים, זיהום כימי (CVD) על סיאול נחושת היא השיטה הנפוצה ביותר, ומייצרת גם גרפים גדולים רודף אחר שטח אחסון, אך גרף CVDene מכיל לעתים קרובות גבולות דגנים, קמטים, פגמים כי פשרה חשמלית שלה תכונות מכניות ו-הת נשארות למחזור מגנטי (חומרה) או סיליקון (חומרים).

עלויות-אווירה

ייצור Graphene עולה כיום יותר שטח ליחידה מאשר חומרים ממושכים כמו פחמן דמוי יהלום (DLC) או פוליסליקון, בעוד המחיר של גרפן CVD צנח באופן משמעותי בעשור האחרון, זה עדיין סדר גודל גבוה יותר מאשר חומרים פילים סטנדרטיים דקים כאשר בהתחשב באיכות ובשליטה הדרושה.עבור גרפן להחליף DLC ב HDDs או חומרים אלקטרודה ב-SD, העלות חייבת להיות תחרותית, אבל יכול להיות גם משקל קטן, אבל גם כן, אבל גם כן, אבל יכול להיות אמצעי אחסון.

תאימות עם תהליכי ייצור קיימים

ייצור המכשיר אחסון מבוסס על תהליכים מבוססים היטב - ליתוגרפיה, גירוד, מחיקה, ו annealing - מושפעים עבור סיליקון וסרטים מתכתיים. Graphene רגיש רבים של שלבים אלה: זה יכול להיות ניזוק על ידי פלזמה חמצן, מכוונן על ידי חומצות, ומטמטמטמטמטמטמטמטמטמטם פיזית במהלך רכיבה תרמי. integrating גרפן ללא משבש תהליכים קיימים דורש פרוטוקולים חדשים ואולי מסורים של תאים מצדיקים גדולים של ייצור זה כל כך חזק.

יציבות וגמישות לאורך זמן

בעוד גרפן הוא יציב תיאורטית, מכשירים אמיתיים לחשוף אותו ללחץ חשמלי, רכיבה תרמית ו רטט מכני.בעיות כגון אינטראקציה גרפן-סובסטרט (למשל, לכידת מטען בממשק), אלקטרומיציה בתנודות נוכחיות גבוהה, וחמצן באתרי פגם יכול להאצת ביצועים לאורך זמן.עבור אחסון נתונים, מכשירים חייבים לשמור נתונים במשך שנים (לעתים קרובות 5-10 שנים או יותר עבור אמינות לטווח ארוך) הם עדיין זקוקים ל- 000 גרף של גרף של נתונים ריקים.

סטנדרט ובקרת איכות

בניגוד לסיליקון או נחושת, גרפן אינו חומר יחיד אלא משפחה עם וריאציות ספירת שכבה, גודל דומיין, רמת מינון, ודחיסות פגומה.תעשיית האחסון דורשת תכונות חומריות עקביות כדי להבטיח אחידות למכשירים לשכפול.פיתוח סטנדרטים עבור איכות גרפין ואופייזציה (למשל, ראמן spectroscopyscopys עבור צפיפות פגומה, עמידות, אחידות או נושא) הוא מאמץ מתמשך על ידי גופי גרפן בינלאומי.

אתגרים אלה הם בלתי ניתנים למדידה, אך לא ניתן למדידה.קצב המחקר המהיר, בשילוב עם השקעה תעשייתית מוגברת, מציע כי רבים מהמכשולים הללו יותגברו בהדרגה על פני חמש עד עשר שנים הבאות.

עתידו של Graphene ב-Data Storage

במבט קדימה, גרפן צפוי להופיע לראשונה במוצרי אחסון מיוחדים או פרימיום שבו היתרונות שלה להצדיק את העלות הנוספת ואת המורכבות.לדוגמה, SSDs ברמה נתונים הדורשים סיבולת גבוהה וביצועים תרמיים יכולים לשלב אלקטרודות גרפן או כיור חום לפני מכשירים הצרכנים. ב HDDs, גרפן יתר יכול להתחיל במפעל המניע צפיפות גבוהה, אולי עבור אחסון קר או ארכיונות רטובים.

מעבר לשיפורים מצטברים, גרפן יכול לאפשר פרדיגמות אחסון חדשות לחלוטין.הרעיון של "זיכרון חד-משמעי" - טכנולוגיה אחת המשלבת את המהירות של DRAM, חוסר-היציבות של הבזק, ואת העלות הנמוכה של HDDs - כבר היה גלאי קדוש. Graphene תפקיד של זיכרון ספין-טרוני או בשני חומר-ממדי של heterostructures (למשל, גרף-מבוגר) שעדיין יכול להביא גרף-מחדשני.

אפשרות מסקרנת נוספת היא להשתמש גרפן לאחסון ברמת מולקולרית או קוונטית.לדוגמה, פני השטח של גרפן ניתן לתפקוד עם מינים מולקולריים שיש להם מדינות אלקטרוניות נפרדות, המייצגות ביטים.או, את אפקט ה- קוונטי של החומר ניתן לרתום עבור נקודות תורמות טופולוגיות בזיכרון הקוונטי.

ציר הזמן לאימוץ מסחרי נרחב של גרפן באחסון מוערך כ-5-15 שנים, בהתאם ליישום הספציפי.כאשר טכניקות ייצור משתפרות ועלויות ירידה, גרפן צפוי לעבור מסקרנות מעבדה לחומר הנדסי מרכזי, בדומה לסיליקון עשה לפני עשרות שנים.

מסקנה

התכונות יוצאות הדופן של Graphene - דקות אטומית, ניידות חשמלית ותרמיות תרמית, כוח מכני, ואימפולסיביות - להפוך אותו מתאים ייחודי כדי לטפל במגבלות של טכנולוגיות אחסון נתונים נוכחיות.זה יכול להגביר צפיפות גבוהה ב HDDs, להאיץ את מהירות הקריאה / לשכתב ב- SSDs, לאפשר גורמים גמישים, ולצמצם את צריכת האנרגיה על פני הלוח, בהצפנה, זיכרון גמיש, ולהוביל לשילוב מתמשך, עם אתגרים בתחום האלקטרוניקה, אך ורקדבנים מתקדמים, יש צורך ב- RAM, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם השפעות מתקדמות, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם ביצועים מתקדמים, עם

כפי שהעולם מייצר כמויות גדולות יותר של נתונים, הצורך ביעילות, בישימות גבוהה, אחסון עמיד הופך קריטי. Graphene מציע דרך מוחשית לקראת הפגישה כי צריך.בעוד שהוא לא יכול להחליף לחלוטין את כל חומרי האחסון המסורתיים בלילה, הוא נוטה להיות מרכיב בלתי נפרד בדור הבא של מכשירי אחסון נתונים - החל מהר יותר, קומפקטי יותר, ומחסן אמין יותר כי יכול לשמור על קצב עם הגיל הדיגיטלי.

(ב) לקריאה נוספת על יסודות הגרפן ויישומיםיו באלקטרוניקה, ראה את הנייר המלאי על ידי ג'ים ונבוסלוב ב-FLT:0 חומרים טבעיים FLT:1 (ראה:2) "עלייה של גרפן" (Gatephene)"FLT 3: 3) עבור סקירה של מחקר זיכרון מבוסס גרפן, ייעוץ בסקירה ב-FLT:4 ביקורות חומרים מהטבע:5 גרף (Gateern) ו-Gateerateerntatementern) מספק גם על משאבים סטנדרטיים (Gatecatecatedator) ו-Gatecatecatedator) 7.