Японские физики разработали оптическую оперативную память, которая не только быстрее ее современных кремниевых "конкурентов", но и значительно экономичнее их, и опубликовали методику ее изготовления в статье в журнале Nature Photonics.

Пока полупроводниковая ОЗУ остается единственным типом "быстрой" памяти, которая нашла широкое применение среди всех типов вычислительных устройств. Практически все конкурирующие с ней оптические и ферромагнитные технологии мгновенной записи и считывания информации страдают серьезными недостатками, которые не позволяют сделать их коммерчески эффективными. В частности, этому препятствуют высокое тепловыделение, сложность миниатюризации или особая чувствительность к условиям окружающей среды.

Группа ученых под руководством Кенго Нодзаки (Kengo Nozaki) из Лаборатории фундаментальных исследований компании NTT в городе Канагава (Япония) создала сверхэкономичную оптическую память на базе фотонных кристаллов из сплава индия, галлия, мышьяка и фосфора.

Фотонные кристаллы - твердые тела, имеющие структуру наподобие обычной кристаллической решетки большинства твердых тел, однако в узлах этой решетки находятся не отдельные атомы, а наночастицы, состоящие из десятков и сотен атомов. Такая структура создает в фотонном кристалле периодические изменения коэффициента преломления - так что волны света определенной длины свободно в нем распространяются, тогда как другие фотоны распространяться в фотонном кристалле не могут и потому отражаются.

Нодзаки и его коллеги создали фотонный кристалл из сплава индия и фосфора с внутренней полостью особой формы. Внутри нее находился небольшой фрагмент из сплава четырех элементов, который и являлся ячейкой памяти. Окружающий его кристалл выступал одновременно в качестве световода и системы охлаждения, препятствующей перегреву устройства.

По словам ученых, подобная конструкция полностью нейтрализует проблему перегрева и увеличивает стабильность хранения информации в ячейках. Такая память способна удерживать информацию без внешней поддержки в течение 10 и более секунд. Другие модели оптической ОЗУ хранят информацию в первозданном виде в течение лишь 250 наносекунд. Иными словами, они теряют ее в 10 миллионов раз быстрее, чем изобретение авторов статьи.

Кроме того, ячейки новой памяти тратят всего 25 нановатт энергии (миллиардных долей ватта) на считывание или записывание одного бита информации. Это делает их в сто раз эффективнее оптической ОЗУ других изобретателей. Относительно медленная перезапись ячеек памяти является единственным слабым местом этой технологии.

Убедившись в работоспособности своего изобретения, ученые собрали примитивную ячейку памяти с емкостью в четыре бита. Работа экспериментальной установки полностью совпала с ожиданиями физиков.

По словам исследователей, в нынешнем состоянии их технология может быть применена для создания чипов емкостью в 128 килобайт, чья площадь будет составлять 10 квадратных миллиметров, а тепловыделение не будет превышать 100 милливатт. Такие чипы могут применяться в высокоскоростных системах оптической связи и в тех оптических устройствах, где можно избежать преобразования света в электрический сигнал и обратно.