11 月 6 日，由印度科學研究院（IISc）、賓夕法尼亞大學工程與應用科學學院（賓夕法尼亞工程學院）和麻省理工學院（麻省理工學院）等科研機構的科學家組成的合作團隊，在《自然》（Nature）雜志上發表了一項關于硒化銦的突破性研究。研究發現，硒化銦能夠以一種極為獨特的方式實現從晶體相到玻璃相的轉變，且這一轉變過程所需的能量相較于傳統用于將晶體轉變為玻璃的熔融淬火法少十億倍，這無疑是一個令人矚目的發現。
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在研究過程中，科學家們發現當電流通過由二維鐵電材料硒化銦制成的導線時，這種材料的長段會突然非晶化成玻璃。這一現象與傳統認知大相徑庭，通常情況下，人們認為需要電脈沖來誘導材料的變形，而此次實驗中，持續電流竟然破壞了晶體結構，實現了非晶化轉變。研究小組進一步深入探究這一過程，發現當持續電流平行通過材料的二維層時，二維層會在不同方向上相互滑動，從而形成許多具有特定偶極矩的微小區域，即疇。這些疇被分隔疇的輔助區域所束縛，當多個缺陷相交于一個小的納米區域時，就如同在墻上打了過多的洞，致使晶體的結構完整性崩潰，進而在局部形成玻璃。這些疇界會隨著電場移動，當它們相互碰撞時，會產生類似地震的機械（和電氣）沖擊，這種沖擊會引發雪崩效應，造成遠離震中的擾動，產生更多的疇界和玻璃化區域，進而引發更多的類似沖擊。當整個材料最終變成玻璃（長程非晶化）時，雪崩效應才會停止。硒化銦之所以能夠實現這種通過沖擊達成的非晶化超低能量途徑，得益于其多種獨特性質的共同作用，包括二維結構、鐵電性和壓電性等。在內存存儲領域，傳統技術長期以來面臨著能耗方面的嚴峻挑戰。以隨機訪問內存（RAM）為例，它作為計算機系統中用于臨時保存數據的關鍵存儲形式，能夠快速讀取和寫入服務器信息，有力地支撐了計算機的高效運行。然而，當計算機系統關閉時，其存儲的數據會丟失，這也凸顯了它作為臨時存儲器的特性。RAM 采用插件式模塊結構，可直接與計算機主板上的插槽相連，實現便捷的快速讀取和寫入操作，并且能根據數據存儲需求的變化隨時進行添加或更換。在眾多內存存儲技術中，相變存儲器（PCM）占據著重要地位。在目前廣泛應用的相變存儲器中，數據的寫入和擦除過程是通過交替變化來實現的，從而為用戶提供編程信息更新和存取功能。具體而言，是將熱量施加給相變存儲器本身，以此觸發其進入一種脆性相變過程，在此過程中，大約有 50% 的動量會對相變存儲器產生影響。然而，這種傳統的相變存儲器存在一個顯著的問題，那就是能耗過高。無論是在寫入還是擦除數據的過程中，都需要消耗大量的能量。尤其是在寫入過程中，晶體需要被加熱到超過 800°C 的高溫，然后再突然冷卻，這一熔化 - 淬火過程極為耗能。類似的情況也出現在 CD、DVD 和藍光光盤等存儲設備中，它們同樣是使用激光脈沖將晶體材料快速加熱并淬火至玻璃相來實現數據寫入，而逆轉過程則可能擦除數據。這種高能耗的存儲方式不僅增加了設備的運行成本，還會產生大量的熱量，對設備的穩定運行帶來諸多不利影響，如散熱問題可能導致設備性能下降甚至出現故障。因此，尋找一種能夠降低能耗的新型存儲技術，成為了科研人員亟待攻克的重要課題。
二、硒化銦轉變機制與新型存儲器的潛力
深入研究硒化銦從晶體到玻璃的轉變機制，對于理解其在內存存儲領域的應用潛力至關重要。在實驗觀察中，科學家們發現當在納米尺度下有較大電流經過硒化銦時，其表面和體積都會發生變化，這種變化呈現出類似雪崩的特征，因此被稱之為 “雪崩效應”。雖然最初對于造成雪崩效應的具體原因并不清晰，但經過后續研究推測，可能與極化、壓電或者鐵電等現象有關。進一步研究還發現，在樣品發生雪崩效應時，表面上會表現得如同電極極性翻轉那樣。而鐵電性質能夠使存儲單元具備永久極性，對于硒化銦這種非晶態材料來說，其表現出的類似鐵電的特性使其極有可能成為一種新型的非易失性存儲器。基于硒化銦的這些特性，科研人員提出了一些關于如何利用其實現更低能耗存儲的設想。一種可能性是將硒化銦原料作為通用 “軟開關” 并與現代 CMOS 系統搭配使用。就像 “相變存儲技術之父” 斯坦福大學教授蘭迪?卡德爾（Randy K. Kadel）所展望的那樣，可以將硒化銦作為其他相變材料納米片，使其與現代 CMOS 系統、三維設計等傳輸相結合，從而應用于數據存儲硬件上。此外，科學家們還提出構建全新的數據存儲架構，即將二進制數據信息映射到硒化銦像素極性中，然后利用可操作 CMOS 技術將其作為一些數據位，以此實現盡可能高效的元件設計。盡管目前這些設想還處于繪圖設計階段，尚未完全實現，但無疑為未來硒化銦在內存存儲領域的應用指明了方向。若將硒化銦應用于不同的內存存儲產品中，有望帶來諸多顯著優勢，為內存存儲技術的發展開辟新的道路。首先，硒化銦作為內存代表應用時，能夠實現高效節能。每個內存單元都可通過電流通過來實現無時間延遲的狀態轉變，從而快速改變開關狀態，使得數據能夠更迅速地被讀取和快照更新。相較于傳統的 FAT 等內存格式，其數據編程時間長且需要大量電能，硒化銦在這方面無疑展現出了突出的優勢。從長遠來看，當研究人員進一步掌握如何利用硒化銦的新發現進行組合或者開發新型材料以實現最佳性能時，常規存儲雖仍會占據一定市場份額，但硒化銦的應用有望使存儲效率得到顯著提升。例如，通過使用不同余量等來識別不同狀態，可能會進一步提高存儲效率。在目前廣泛使用的相變存儲器中，每次寫入和擦除操作都伴隨著一定的能耗消耗，為了實現最佳利益，需要充分利用信息編程和解讀速率最大化功能，確保不丟失任何信息且避免重復編程。而硒化銦的出現，為解決這一問題提供了新的思路和可能性。隨著科技的不斷進步，硒化銦的這一革命性發現有望推動內存存儲技術實現重大變革，從手機到手機等各類電子設備的數據存儲方式都可能因此而發生改變。未來，我們有理由期待硒化銦在內存存儲領域的廣泛應用，實現更低能耗、更高效率的數據存儲，為數字化時代的發展提供更強勁的支撐。硒化銦晶體到玻璃的轉變這一突破性發現，以其能耗降低十億倍的巨大優勢，為內存存儲技術帶來了前所未有的機遇。通過深入研究其特性、轉變機制以及應用潛力，我們看到了硒化銦在未來內存存儲領域的廣闊前景。相信在科研人員的不斷努力下，這一新型存儲技術將逐步走向成熟，為電子設備的發展注入新的活力，開啟內存存儲技術的新篇章。