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為了讓粘貼式顯示器、智能繃帶和廉價的柔性塑料傳感器真正起飛，它們需要某種可以建立在塑料上的長期存儲數據的方法。“在柔性電子產品的生態系統中，擁有內存選項非常重要，”斯坦福電氣工程教授 Eric Pop 說。

但是現在的非易失性存儲器的版本，如閃存，并不適合。因此，當 Pop 和他的工程師團隊決定嘗試將一種相變存儲器應用于塑料時，他們認為這將是一個漫長的過程。他們想出了一個驚喜——一種實際上更好用的記憶，因為它是建立在塑料上的。這類設備的關鍵特性是重置內存所需的能量，比以前的柔性版本低一個數量級。他們在本周的《科學》雜志上報道了他們的發現。

相變存儲器(PCM) 并不是塑料電子產品的明顯優勢。它將其位存儲為電阻狀態。在其結晶相中，它具有低電阻。但是通過設備運行足夠的電流會使晶體熔化，然后使其凍結在電阻更大的非晶相中。該過程是可逆的。重要的是，特別是對于實驗性的神經形態系統，PCM可以儲存中間水平的抗性。所以一個設備可以存儲不止一位的數據。

不幸的是，通常使用的材料在像塑料這樣的柔性基材上不能很好地工作。問題是“編程電流密度”:基本上，你需要泵入多少電流通過一個給定的區域，以加熱到發生相變的溫度?可彎曲塑料的不平整表面意味著使用普通材料的PCM電池不能像硅電池那樣小，需要更多的電流來達到相同的開關溫度。

你可以把它想象成試圖在門開著的烤箱里烤餡餅。它會起作用，但需要更多的時間和精力。波普和他的同事正在尋找關閉烤箱門的方法。

他們決定嘗試一種叫做超晶格的材料，這種材料是由不同材料的納米厚的重復層組成的晶體。2011年，日本筑波國家應用產業科學與技術研究所的Junji Tominaga和研究人員報告了由鍺、銻和碲組成的超晶格有希望的結果。通過研究這些超晶格，Pop和他的同事得出結論，它們應該是非常隔熱的，因為在其晶體形式中，層與層之間存在原子級的間隙。這些“范德瓦爾斯式間隙”既限制了電流的流動，更重要的是，也限制了熱量的流動。所以當電流被迫通過時，熱量不會很快從超晶格中流失，這意味著從一相轉換到另一相需要更少的能量。

電流被氧化鋁的孔狀結構限制在超晶格中。這使得加熱效率更高，因此內存可以使用更少的能量切換狀態。AI KHAN 和 A. DAUS

但是超晶格的工作并不是輕而易舉的。“我們幾年前就開始做了，但我們真的很掙扎，幾乎放棄了，”Pop說。波普解釋說，如果范德華間隙相互平行，層與層之間沒有主要的混合，超晶格就能工作。但所涉及的材料沉積設備的特性意味著，“僅僅因為他們在日本發布了參數，并不意味著你可以在帕洛阿爾托的工具中使用它們。”

與 Pop 合作的博士生Asir Intisar Khan不得不通過反復試驗的過程，其中涉及 100 多次嘗試產生具有正確范德瓦爾斯間隙的超晶格。

由碲化銻和碲化鍺交替層形成的超晶格結構。層與層之間形成范德瓦爾斯式的間隙，限制了電流和熱量的流動。K. YAMAMOTO 和 AI KHAN

研究人員通過將電流限制在一個600納米寬的孔狀結構中來保持存儲設備中的熱量，該結構被絕緣的氧化鋁包圍。最后一層絕緣層是塑料本身，它比PCM通常建立在其上的硅更好地抵抗熱量流動。完成的器件的電流密度約為0.1兆安培每平方厘米，大約比傳統的硅PCM低兩個數量級，比以前的柔性器件好一個數量級。此外，它還表現出四穩定的電阻狀態。所以它可以在一個設備中存儲多個數據位。

在塑料上建造設備實際上會改善情況，這并不是團隊所計劃的。擁有柔性電子專業知識的實驗室博士后研究員Alwin Daus說，該團隊假設，超晶格和襯底之間的氮化鈦電極將限制熱損失，因此襯底不會影響存儲操作。但后來的模擬證實，熱滲透到塑料襯底，塑料襯底的導熱系數比硅襯底低。

Khan說，本周報告的工作證明了在柔性表面上低功率存儲的概念。但隔熱的重要性也適用于硅器件。該團隊希望通過進一步縮小孔徑和使設備兩側更加絕緣來改進該設備。模擬已經表明，將氧化鋁壁加厚可以減少達到開關溫度所需的電流。研究人員還將研究其他可能具有更好性能的超晶格結構。

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