密西根大學最近領導的一項研究表明，當分子像油和水一樣分開時，相分離與氧擴散一起發揮作用，幫助憶阻器（利用電阻存儲信息的電氣元件）即使在電源關閉後也能保留資訊.發表在事。

到目前為止，解釋還沒有完全掌握憶阻器如何在沒有記憶的情況下保留資訊。電源，稱為非揮發性記憶體，因為模型和實驗不符。

「雖然實驗表明設備可以保留資訊 10 年以上，但社區中使用的模型表明資訊只能保留幾個小時，」密西根大學材料科學與工程博士研究生、該論文的第一作者李景賢說。

為了更好地了解驅動非揮發性憶阻器記憶體的潛在現象，研究人員重點研究了一種稱為電阻式隨機存取記憶體RRAM 是經典運算中使用的易失性 RAM 的替代品，該研究結果對於節能人工智慧應用特別有前景。

所研究的具體 RRAM，燈絲型價變記憶體（VCM），將絕緣氧化鉭層夾在兩個鉑電極之間。當一定的電壓施加到鉑電極上時，導電絲形成鉭離子橋，穿過絕緣體到達電極，從而允許電流流動，使電池處於低電阻狀態，代表二進位代碼中的「1」。如果施加不同的電壓，燈絲會隨著返回而溶解氧原子與鉭離子反應，使導電橋「生鏽」並返回高電阻狀態，代表二進位代碼「0」。

人們曾經認為 RRAM 會隨著時間的推移保留訊息，因為氧氣擴散回來的速度太慢。然而，一系列實驗表明，先前的模型忽略了相分離的作用。

「在這些設備中，氧離子更喜歡遠離燈絲，並且永遠不會擴散回來，即使在無限期的時間之後也是如此。這個過程類似於水和油的混合物不會混合，無論我們花費多少時間。等等等等，因為它們在去混合狀態下的能量較低，」密西根大學材料科學與工程助理教授、該研究的高級作者李一陽說。

為了測試保留時間，研究人員透過提高溫度來加快實驗速度。在 250°C 下工作一小時相當於在 85°C（電腦晶片的典型溫度）下工作約 100 年。

研究人員利用原子力顯微鏡的極高解析度成像，對在一微米寬的 RRAM 裝置內形成的細絲進行了成像，細絲的寬度僅約 5 奈米或 20 個原子。

「我們很驚訝我們能在設備中找到燈絲。這就像大海撈針一樣，」李說。

研究團隊發現，不同尺寸的細絲會產生不同的保留行為。小於約 5 奈米的細絲會隨著時間的推移而溶解，而大於 5 奈米的細絲會隨著時間的推移而增強。基於尺寸的差異不能只用擴散來解釋。

結合熱力學原理的實驗結果和模型表明，導電絲的形成和穩定性取決於相分離。

研究團隊利用相分離技術，將抗輻射記憶體晶片（一種用於太空探索中用於承受輻射暴露的儲存設備）的儲存保留時間從一天延長到了 10 年以上。

其他應用包括用於更節能的人工智慧應用的記憶體運算或用於電子皮膚的儲存設備——一種旨在模仿人類皮膚感官能力的可拉伸電子介面。這種材料也稱為電子皮膚，可用於提供感官回饋義肢，創建新的可穿戴健身追蹤器或幫助機器人開發用於精細任務的觸覺感測。

「我們希望我們的發現能夠激發使用相分離來創建資訊儲存設備的新方法，」李說。

迪爾伯恩福特研究中心的研究人員；橡樹嶺國家實驗室；奧爾巴尼大學；紐約創造；桑迪亞國家實驗室；和亞利桑那州立大學坦佩分校對這項研究做出了貢獻。該設備是在盧裡奈米加工設施建造的，並在密西根材料表徵中心進行研究。