Dijital verilerin üstel büyümesi - akış medya ve bulut bilişimden bilimsel araştırmalara ve Nesnelerin İnternetine - veri depolama teknolojileri üzerinde eşsiz talepler yerleştirdi.2004 yılında sabit disk sürücüleri (HDD) ve sağlam devlet sürücüleri (SSD), fiziksel ve ekonomik sınırlara yaklaşıyor. Grafikte hızlanan bir atom tabakası: bir sonraki elektriksel enerji kaynaklarının, atomik enerjilerin ve mühendislerinin hayal gücünü ele alan bir sonraki enerji tasarrufu için, sürekli olarak tüm enerji tasarrufu sağlayan bir atomik enerji tasarrufu sağlayan bir tabaka.

What Is Graphene?

Graphene, Manchester Üniversitesi'nde ilk başarılı bir şekilde izole edildi, 2010 yılında Nobel Ödülünü kazandı. Grafikte bulunan tek bir atom tabakasından oluşur, ancak iki boyutlu yapısı nedeniyle özelliklerinde temel olarak farklıdır.

Grafikene'nin temel özellikleri şunlardır:

  • [FONT:0)Extreme incelik:[Dönetici:[Dönetici:0)Sadece bir atom kalın, grafiken aslında 2, 630 m2/g özel bir yüzey alanı ile iki boyutlu bir tabakadır, elektronik süreçler için geniş bir etkileşim alanı sunar.
  • [FONT:0)Exceptional elektrik iletkenliği:[Dönetici:[Dönetici:0) Elektronlar çok yüksek mobilite ile grafiklere hareket eder - 200.000 cm2/V·s - bu, silikon veya bakırın bu kadarını aşmaktadır.
  • [FONT:0]Mechanical power:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici gücü:[Dönetici:0)) Graphene çelikten yaklaşık 200 kat daha güçlü, ancak esnek ve elastik kalır. Genç modulus 1 TPa civarında ve kırılma olmadan% 20'ye kadar genişletilebilir.
  • [FONT:0) ⁇ iletkenliği:[Dönetici:[Dönetici:0)[[Dönetici:0)) Isıyı bilinen herhangi bir malzemeden daha iyi yapar, 5000 W/m·K oda sıcaklığının üzerinde ısıtılır, yoğun olarak paketlenmiş depolama cihazlarında ısıyı yönetmek için çok önemlidir.
  • [FONT:0]Impermeability:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Impermeability:[Dönetici:[Dönetici: [Dönetici: 0,4] Graphene, helium dahil tüm gazlar ve sıvılar için yetersizdir, oxidasyona karşı ideal bir koruyucu bariyer olarak hareket etmesine izin verir.
  • [FONTcal şeffaflık:[Dönemli ışık %2,3'ü absorbe ediyor, şeffaf hale getiriyor, belirli optik depolama ve okuma programları için faydalı bir özellik.

Bu özellikler, karbonun göreceli bolluğu ile birlikte, gelişmiş veri depolama çözümleri de dahil olmak üzere bir sonraki nesil elektronik cihazların geliştirilmesinde bir grafikene konumlandırmıştır.

Data Storage'ın Mevcut Peyzajı

Grafikteki potansiyel etkisini takdir etmek için, mevcut depolama teknolojilerinin sınırlamalarını anlamak önemlidir. Sert disk sürücüleri manyetik platterslere ve okuma / yazma kafalarını geri döndürerek – NAND flash bellekte sınırları olan mekanik bileşenler, dayanıklılık ve minimizasyon sağlarken, yüksek sıcaklıklarda (özellikle 3D NAND ölçeklerde sabit tutma) verilerinin sabitlenmesi ve nano-parçalama hızlarının sabitlenmesi için çok küçük hale getirilmesi gerekir. SSDs, NAND flash bellekte limitleri sağlar.

Gelişen hafıza teknolojileri – spin-transfer tok manyetik RAM (STT-MRAM), faz değiştirme hafıza (PCM), ve bu şişeleri aşmak için tamamen yeni cihazlar mimarisine sahip olan potansiyele sahiptir.

Sonraki Nesil Depolama için neden Graphene?

Graphene, geleneksel ve gelişmekte olan depolama medyalarının birkaç temel sınırlamasını ele alır. Aşağıda, veri depolama cihazları için zorlayıcı bir malzeme sağlayan temel avantajlardır.

Yüksek Veri Yoğunluğu

Grafikten sadece bir atom kalın, bu, ultra-thin tabakalarını hafıza hücrelerinde oluşturmak için kullanılabilir, böylece çok daha kompakt depolama sağlar. Sert disk sürücüler, grafiksel bir yüzeysel bir yüzeysel kaplama olarak depolama kapasitesinin artırılması için tek bir atomik kaplama olarak hizmet edebilir. Preliminary araştırma, grafik tabanlı depolamanın kare başına on ikiyüzlülüğün seviyesine daha fazla uçabileceğini gösterir.

Hızlı Data Transfer

Graphene'nin son derece yüksek taşıyıcı hareketliliği, elektronik sinyallerin minimum gecikme ile ortaya çıkabileceği anlamına gelir. hafıza cihazlarında, bu, Kaliforniya Üniversitesi'nde daha hızlı geçiş zamanlarını ve daha yüksek veri transfer oranlarının siparişlerini kullanarak daha hızlı bir şekilde yazılabilir. Örneğin, grafiken tabanlı flash transistörleri, beş nanosaniyenin hızlarını elde eden grafiksel hızlarını gösterdi.

Durability ve Reliability

Grafene'nin mekanik gücü ve yetersizlik hassas depolama katmanları için olağanüstü koruma sağlar. Manyetik sert sürücülerde, okuma / yazma başı, manyetik veya elektronik bileşenleri yükseltmekten yanan tek bir çarpışmaya neden olabilir. Graphene kaplamaları, sadece birkaç atom kalınlığında, önemli bir ağırlık veya mesafe eklemeden önce fiziksel aşınma ve kimyasal korozyonu koruyabilir. Ek olarak, grafikte nem ve oksijeni yükselterek, manyetik veya elektronik bileşenleri azaltır.

Enerji Verimliliği

Mevcut depolama cihazları önemli dirençli kayıplar üretir, özellikle de veri oranları arttıkça. Graphene'nin yüksek elektrik iletkenliği direnç ve ilişkili güç dağılımını azaltır. Dahası, grafik tabanlı transistörler ve hafıza hücreleri (projektif çalışma ve tonable iş) daha fazla kesintiye uğrayabilir.Veri merkezlerinde, depolama dizileri büyük bir miktar için hesap verebilir ve hatta mütevazı verimlilik kazanımlar için önemli operasyonel maliyet azaltımı ve çevresel faydalarına yol açar.

Termal Yönetim

Yüksek kaliteli depolama, performans ve güvenilirlikten yoksun ısı üretiyor. Graphene'nin mükemmel termal iletkenliği ısıyı sıcak noktalardan uzaklaştırmasını sağlar - bir HDD'de veya aktif transistör kanalı bir SSD'de gibi.In bütünleşik grafiklerle ısınabilir ısı parçaları veya Interkatmanları, depolama cihazları daha düşük işletme sıcaklıklarını koruyabilir, sertleştirici olmadan yüksek performansa olanak sağlar.

Flexability and Form Factor

Grafikene hem güçlü hem de esnektir, performansı korumak için kapıyı açar ve kullanılabilir depolama cihazlarıdır; çeşitli form faktörlerine entegre edilebilir depolama sağlar.

Mevcut Araştırma ve Geliştirmeler

Dünya çapında araştırmacılar, grafikene'yi pratik veri depolama ürünlerinde nasıl kullanılacağını aktif olarak keşfediyorlar.İş birden fazla depolama paradigması – elektromanyetik, flaş, direnç ve ötesinde.

Sert Disk Drives'ta Grafik

En umut verici uygulamalardan biri, grafikte, atomik olarak ince ve yetersiz, bu kaplamaları yerine getirebilir, son derece düşük bir uç yükseklikte ameliyata izin verir (örneğin elmas benzeri karbon gibi) 2021 yılında, birkaç nanometre kalınlığında araştırmacıların bir takımını gösterir.

Başka bir gelişmede, grafikene ısıya dayalı manyetik kayıt (HAMR) için kullanım için araştırılıyor, disk üzerinde küçük bir nokta ısıya koyup, diske zarar vermeden daha verimli HAMR yazılarını azaltabilmelerine izin veriyor. Ancak, ısı yağdırıp aşırı ısı tabakaları kırabiliyor.

Katı Devlet Sürücüleri'nde Grafik

Grafene, NAND flash bellekte bir bileşen olarak ve alternatif olmayan bellek teknolojilerinin gelişmiş grafiken tabanlı kapı elektrotları ve flaş bellek hücrelerindeki iletken kanallar olarak da araştırılıyor. Örneğin, geleneksel polikristal silikon kanalları ile karşılaştırılan bir çalışma.

Ayrıca, grafikene, yüksek çözünürlükte 10 milyondan fazla döngü elde eden, hareketli filamentlerin oluşumu ve rupture of behaviorive filaments. Graphene'nin esnekliği ve kimyasal inertness, bisiklet stabilitesini artırır. Ulusal Singapur Üniversitesi'nde bir ekip bir grafikte 10 milyondan fazla döngü elde etti.

Esnek ve Giyilebilir Depolama Cihazları

Birkaç araştırma grubu, grafikte plaka kullanarak grafikte grafikte kullanılan prototip esnek hafıza dizilerini gösterdi. Örneğin, University of Exeter, grafikte tam esnek bir bellek cihazı çizebilir, grafikte oksit kullanarak yüzeysel bir geçiş katmanı olarak kullanılabilir. Cihazın bana sigortasız bir şekilde bütünleştirilebildiği bir geleceğe doğru binlerce kez iyileşebileceğini belirtti.

Spintronic ve Diğer Gelişen Anılar

Graphene'nin uzun spin diffüzyon uzunluğu (oda sıcaklık birkaç mikrometreye kadar) şarj etmeden önce, Spin-based faz değiştiricileri kullanarak grafiken sandviçler ve manyetik tüneller kullanılarak, hem hızlı bir işlem hem de düşük enerji dağılımı sunan bu cihazlar için çekici hale getirir, eğer ölçeklenmişse, SRAM'ın hızını ek olarak, grafiken-tavlattili olmayan faz-değişim noktaları kullanılarak birleştirebilirsiniz.

Araştırmanın genişliği, grafikene'nin tek bir depolama yaklaşımına bağlı olmadığını gösteriyor; tüm veri depolama teknolojileri spektrumu boyunca malzeme sağlayarak, performans, yoğunluk ve güvenilirlik sağlar.

Meydanlar ve Hurdles

Sözcülüğe rağmen, grafiken'i ticari veri depolama cihazlarına entegre etmek henüz basit değildir. grafik tabanlı depolamadan önce birkaç önemli zorluk ele alınmalıdır.

Scalable Manufacturing

En yüksek kaliteli grafikene mekanik exfoliasyon (the "Scotch kaseti" yöntemi ile üretilir), bu da elektrik ve mekanik özelliklerini tehlikeye atarak, bakır folyodaki (CVD) en yaygın yöntem, büyük hacimli grafiklere sahiptir. ancak, CVD grafikler genellikle tahıl sınırları, kırışıklıklar ve kusurları içerir.Performasyonel ve mekanik özellikleri için devre dışı bırakmak.

Maliyet-Effectiveness

Graphene üretimi şu anda elmas benzeri karbon (DLC) veya poli ⁇ gibi incumbent malzemeleri gibi birim alanı başına daha fazla mal oluyor. CVD grafiğiene fiyatı son on yılda önemli ölçüde azaldı, ancak depolama pazarı, gerekli kalitede ve hataları kontrol ederken hala yüksek bir fiyattır.In SSD'lerde veya elektrode malzemeleri değiştirmek için grafik için, maliyet rekabetçi olacaktır.

Mevcut Kumaşlama Süreçleri ile Uyumluluk

Depolama cihazı üretimi iyi kurulmuş süreçlere dayanıyor - lithography, etching, deposition ve eklenme – silikon ve metalik filmler için optimize edilmesi gerekiyor. Graphene bu adımların birçoğuna karşı hassastır: oksijen plazması tarafından hasarlanabilir ve termal bisiklet süreci kesintiye uğratmadan fiziksel olarak kırılabilir.

Uzun Yaşam Zamanları Üzerinde İstikrar ve Güvenilirlik

Grafikte teorik olarak istikrarlı olsa da, gerçek dünya cihazları bunu elektrik stres, termal bisiklet ve mekanik titreşime maruz bırakıyor.Geçmiş-kullanıcı etkileşimi (örneğin, arayüzde şarj), elektromigrasyon yüksek akım verileri için, ve oxidasyon zaman içinde performanslarını azaltabiliyor.Veri depolama için cihazlar yıllarca verileri saklamalı (örneğin 5-10 yıl veya daha fazla arşiv kullanımı için) ve uzun süreli güvenilirlik için milyonlarca yazı döngüsüne dayanmalıdır.

Standartlaştırma ve Kalite Kontrol

Silikon veya bakırın aksine, grafikte tek bir malzeme değil, ancak tabaka sayısı, alan büyüklüğü, doping seviyesi ve defekt yoğunluğu. Depolama endüstrisi, Uluslararası Graphene Enstitüsü ve standartlar gibi kuruluşlar tarafından sürekli olarak yürütülen bir çabadır.

Bu zorluklar öngörülebilir ama sigorta edilemez. Gelişen endüstriyel yatırımla birlikte, bu engellerin çoğunun önümüzdeki beş ila on yıl içinde yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş geçeceğini gösteriyor.

Data Storage'daki Graphene'nin Geleceği

İleriye bakıldığında, grafikene ilk olarak, ek maliyet ve karmaşıklığı haklı çıkarabilecek özel veya premium depolama ürünlerine göre görünüyor. Örneğin, en yüksek dayanıklılık ve termal performans talep eden veriler, grafikte elektrotlar veya ısı bataklıkları, grafikte aşırı yoğunluk hedeflemekte olan işletmelerde grafikte ortaya çıkabilir.In HDD, grafikte aşırı yoğunlukta, belki de soğuk depolama veya bulut arşivleri için.

Artışsal gelişmelerin ötesinde, grafikene tamamen yeni depolama paradigmaları sağlayabilir. “eniversal hafıza” kavramı – DRAM'ın hızını birleştiren tek bir teknoloji, flaşın olmaması ve düşük maliyetli olan araştırmacılar, uzun zamandır sütunlu memristokratlar tarafından kanıtlanabilir ve iki boyutlu materyal heteroyapılarında (örneğin, grafiksel olmayan) hala daha yakınsa da olsa.

Bir başka ilginç olasılık, moleküler veya kuantum seviyesinde depolama için grafiken kullanılarak kullanılabilir. Örneğin, grafikene'nin yüzeyi, farklı elektronik eyaletlere sahip olan moleküler türlerle işlevselleştirilebilir, biraz temsil edebilir. Veya, malzemenin kuantum noktası kuantum hafızada topolojik qubitler için kullanılabilir.

Depolamada yaygın ticari kabul süresi 5–15 yıl olduğu tahmin edilmektedir, özel uygulamaya bağlı olarak. Üretim teknikleri geliştirilir ve maliyetlerin düşmesi bekleniyor, grafikene, ana mühendislik materyaline geçiş bekleniyor, silikon gibi çok on yıllar önce.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Graphene'nin olağanüstü özellikleri -atomik incelik, şaşırtıcı elektrik ve termal iletkenlik, mekanik güç ve imkansızlık - mevcut veri depolama teknolojileri sınırlamalarını ele almak için eşsiz bir şekilde uygun hale getirir.Politikalarda hızlar, esnek form faktörlerini hızlandırabilir ve gemideki enerji tüketimini azaltır.Bu mühendislerde devam eden araştırmalarda, flash bellek, dirençli RAM, spintronics ve esnek elektronikler birçok umut verici sonuçlarla canlı bir alan ortaya koyar. Ancak önemli zorluklar ölçeklenebilir üretimde kalır, maliyet, süreç boyunca hızlanır ve uzun vadeli bir şekilde güvenir.

Dünya her zaman harika veri hacimleri üretiyorken, bir sonraki veri depolama cihazlarında integral bir bileşeni haline gelmek gerekir - daha hızlı, daha kompakt ve dijital çağla hıza devam edebilecek daha güvenilir bir depolama sağlar.

Grafikteki ve elektronikteki uygulamaları hakkında daha fazla okuma için, Geim ve Novoselov tarafından 03.D:0) Malzemeler) ()[Dönetici[Döneticileri)[Döneticileri) için grafiksel hafıza araştırmasına genel bakış açısına bakınız.