科技日報訊 （記者陳丹）電子記憶體設備的性能會隨著溫度的升高而下降，但美國科學家提出了一種新的記憶體設計，卻需要在超過600開（約327℃）高溫下工作。這種奈米熱機械記憶體（Nano ThermoMechanical memory）利用熱而非電，來記錄、存儲和恢複數據，未來有望應用於空間探索任務、深井鑽探、內燃機等多個領域。

　　內布拉斯加大學林肯分校研究生馬哈茂德·艾爾左卡和助理教授西迪·恩道在最近出版的《應用物理快報》上發表論文，描述了這種新記憶體。“（這項研究）最重要的意義在於實際設計/開發了一種高溫存儲（邏輯）設備。”恩道説，“目前還不存在能夠在極端環境下保持良好性能的隨機存取記憶體。”

　　據物理學家組織網1月8日（北京時間）報道，在新設計的奈米熱機械記憶體中，二進位存儲態“0”和“1”由兩種穩定的溫度狀態來表示。比如在模擬實驗中，1038開代表“0”，而1341開代表“1”。

　　擁有兩種不同的穩定溫度狀態非常少見，因為大多數設備只有一個穩定溫度狀態。要做到這一點，關鍵是小心控制兩個間距極小的物體之間的熱傳遞。在新的高溫存儲設備中，這兩個物體分別是：一個固定的熱的終端和其下方的一個沒有固定且溫度較低的“頭（head）”。“頭”可以上下自由移動，並通過一根柄與另一個底部固定的冷的（模擬實驗中為600開）終端相連。

　　當熱量被施加到熱終端時，部分熱量會通過遠場熱輻射傳遞給“頭”。隨著“頭”的溫度升高，連接柄由於熱膨脹而伸長，使得“頭”與熱終端的間距縮小（近似于一個輻射波長），這時熱傳遞的主要方式變為了近場而非遠場熱輻射。重要的是，從熱終端向“頭”傳遞的熱量實際上在增加，即使二者之間的溫差減小了。這種有違直覺的現象被稱為負微分熱阻（NDTR），兩個穩定的溫度狀態也正是因此才得以存在的。

　　當熱終端（通過近場熱輻射）傳遞給“頭”的熱量與“頭”（通過向連接柄向下傳導）損失的熱量相等時，就會出現穩定的溫度狀態，也可稱為熱閉鎖狀態。如果這種狀態因溫度降低而被打破，系統會自動獲取熱量來回歸穩定；反之，當溫度升高，它也會自動損失熱量。處於兩種穩定溫度狀態中間的為臨界狀態，若高於臨界值，系統將趨向於溫度較高的穩定狀態；若低於臨界值，則轉向溫度較低的狀態。

　　通過使用熱探針來控制熱終端的溫度，數據就可以寫入並存儲在記憶體中，讀出數據只需測量一根絕緣探針的溫度即可。

　　將來，奈米熱機械記憶體也可作為邏輯設備來使用，其同樣具有可在高溫環境下操作的優點。研究人員接下來將通過實驗來實現他們的記憶體設計。“我們目前正在製造一個近場奈米熱機械記憶體工作原型。”恩道説。

　　總編輯圈點

　　通過改變工作溫度讓材料特殊屬性發揮作用的例子無處不在，高溫超導材料即為典型案例。本文中的奈米熱機械記憶體，巧妙地利用溫度差別，開發出了具有電腦記憶體邏輯能力的“智慧”裝置，其中的精妙所在，莫過於讓代表“0”和“1”的兩種溫度保持工作穩定性。試想一下，如果這個設計廣泛應用，未來所有在高溫環境下工作的儀器和設備，其動態數據能夠輕鬆採集，那麼人類距離建設“智慧地球”還真是又近了一大步。