日本开发在磁场下实现电阻开关效应的半导体器件

日本开发在磁场下实现电阻开关效应的半导体器件 日本一个研究团队研制出一种半导体纳米通道器件，给这种器件施加磁场能使其电阻值发生高达250倍的变化。这种现象未来有望用于开发新型电子元器件等。相关论文已发表在国际学术期刊《先进材料》上。 新华社报道，日本东京大学近日发布公报说，该校研究人员领衔的团队研制出一种通道长20纳米的锗半导体纳米通道器件，它属于半导体两端器件，拥有铁和氧化镁双层结构的电极，还添加了硼元素。研究人员观察到，通过给这种器件施加磁场能使其表现出电阻开关效应，外加磁场还使其实现了高达250倍的电阻变化率。研究人员给这种现象取名为“巨磁阻开关效应”。 公报说，目前仅能在20开尔文（约零下253摄氏度）的低温环境下观测到这种“巨磁阻开关效应”。研究团队下一步将致力于提高“巨磁阻开关效应”出现的温度，以便将其用于开发新型电子元器件等。 电阻开关效应一般指，材料能够在外电场作用下在低电阻态和高电阻态之间可逆转换。基于电阻开关效应的电阻式随机存取存储器被视为最有竞争力的下一代非易失性存储器之一。 传统的动态随机存取存储器是利用电容储存电荷多少来存储数据，一大缺点是数据的易失性，电源意外切断时会丢失存储数据。而电阻式随机存取存储器是通过向器件施加脉冲电压产生电阻高低变化，以此表示二进制中的“0”和“1”，其存储数据不会因意外断电而丢失，是一种处于开发阶段的下一代内存技术。 论文第一作者、东京大学研究生院工学系研究科教授大矢忍接受新华社邮件采访时说，目前已有很多关于电阻开关效应的研究，但此前对电阻开关效应的“磁场依存性”关注较少。新成果将来有望在电子领域得到应用，特别是用于神经形态计算以及开发下一代存储器、超高灵敏度传感器等新型器件。 2024年4月5日 1:53 PM

研究人员开发了一种名为 “Blacksmith” 的新技术，它能绕过现有的防御措施，恢复对现代DRAM设备的Rowhammer漏

研究人员开发了一种名为 “Blacksmith” 的新技术，它能绕过现有的防御措施，恢复对现代DRAM设备的Rowhammer漏洞攻击，导致权限升级、内存损坏等。 Rowhammer是指动态随机存取存储器（DRAM）中会发生的一种意外情况，这种意外会导致存储器单元泄露电荷并造成比特翻转（从1变成0、或从0变成1），这是由于DRAM单元的高密度造成的。 这里是一个视频介绍： #hacking

东京大学研究人员的新算法让iPhone变成全息投影仪

东京大学研究人员的新算法让iPhone变成全息投影仪 东京大学的一个研究小组介绍了一种利用智能手机生成全息图像的实用、经济高效的方法，旨在简化和增强虚拟现实和增强现实的 3D 显示效果，同时避免激光系统的缺点。无论增强现实和虚拟现实显示器是用于游戏、教育还是其他应用，结合 3D 显示器都能创造出更加逼真和互动的用户体验。来自日本东京大学的研究小组组长 Ryoichi Horisaki 说："尽管全息技术可以创建出非常逼真的物体 3D 呈现，但传统方法并不实用，因为它们依赖于激光源。激光发出的相干光易于控制，但却使系统变得复杂、昂贵，而且有可能对眼睛造成伤害。"在 Optica 出版集团的《光学快报》（Optics Letters）杂志上，研究人员介绍了他们基于计算机生成全息技术（CGH）的新方法。得益于他们开发的一种新算法，他们只需使用一部 iPhone 和一种名为空间光调制器的光学元件，就能再现由两个全息层组成的三维彩色图像。研究人员开发出一种三维全彩显示方法，利用智能手机屏幕而不是激光来创建全息图像。图为他们的实验结果，其中可以观察到从第一层到第二层的连续过渡。图片来源：东京大学 Ryoichi Horisaki"我们相信，在未来的视觉界面和 3D 显示应用中，这种方法最终将有助于最大限度地减少光学元件、降低成本和减少对眼睛的潜在伤害，"论文第一作者 Otoya Shigematsu 说。"更具体地说，它有可能提高近眼显示器的性能，比如高端VR头显中使用的近眼显示器。"更实用的方法虽然 CGH 使用算法生成图像，但通常需要激光发出的相干光来显示这些全息图像。在之前的一项研究中，研究人员发现，白色芯片板发光二极管发出的时空非相干光可用于 CGH。然而，这种装置需要两个空间光调制器控制光波面的设备由于价格昂贵而不切实际。在这项新研究中，研究人员开发出了一种成本更低、更实用的非相干 CGH 方法。Horisaki 说："这项工作与我们实验室对计算成像的关注不谋而合，计算成像是一个致力于通过将光学与信息科学相结合来创新光学成像系统的研究领域。我们致力于最大限度地减少光学元件，消除传统光学系统中不切实际的要求。"图为第一作者重松大弥在实验室中使用的光学实验装置。资料来源：Ryoichi Horisaki，东京大学新方法通过空间光调制器传递来自屏幕的光线，从而呈现多层次的全彩三维图像。虽然这看似简单，但却需要对屏幕的非相干光传播过程进行仔细建模，然后利用这些信息开发出一种新算法，将来自设备屏幕的光线与单个空间光调制器协调起来。重松说："使用低相干光的全息显示器可以实现逼真的三维显示，同时有可能降低成本和复杂性。尽管包括我们在内的几个小组已经展示了使用低相干光的全息显示器，但我们通过使用智能手机显示器将这一概念发挥到了极致。"为了演示这种新方法，研究人员在 iPhone 14 Pro 的屏幕上显示了一层全息图像，并在空间光调制器上显示了第二层全息图像，从而制作出了双层光学再现全彩 3D 图像。生成的图像每边的尺寸为几毫米。研究人员目前正在努力改进这项技术，使其能够显示更大、层次更多的 3D 图像。更多层次可以提高空间分辨率，使物体在不同深度或距离观看者更远的地方出现，从而使图像看起来更逼真。 ... PC版： 手机版：

斯坦福研究人员借助新材料研发出通用存储器 有助于搭建超高效内存矩阵

斯坦福研究人员借助新材料研发出通用存储器 有助于搭建超高效内存矩阵 内存技术的创新斯坦福大学的研究人员证明，一种新材料可使相变存储器（依靠在高低电阻状态之间切换来创建计算机数据的1和0）成为未来人工智能和以数据为中心的系统的改进选择。最近，《自然-通讯》（Nature Communications）杂志详细介绍了他们的可扩展技术，该技术具有快速、低功耗、稳定、持久的特点，并且可以在与商业制造兼容的温度下制造。斯坦福大学电子工程系 Pease-Ye 教授兼材料科学与工程特聘教授 Eric Pop 说："我们不仅仅是在提高耐力或速度等单一指标，而是在同时提高多个指标。这是我们在这一领域建立的最现实、最适合工业的东西。我想把它看作是向通用存储器迈出的一步。"相变存储器件在高电阻和低电阻状态下的截面图。底部电极的直径约为 40 纳米。箭头标记了超晶格材料层之间形成的一些范德华（vdW）界面。超晶格在高电阻态和低电阻态之间被破坏和重构。 图源：波普实验室提供提高计算效率如今的计算机在不同的位置存储和处理数据。易失性内存（速度快，但在计算机关机时就会消失）负责处理数据，而非易失性内存（速度不快，但可以在不持续输入电源的情况下保存信息）负责长期数据存储。当处理器等待检索大量数据时，在这两个位置之间转移信息会造成瓶颈。论文的共同第一作者、Pop 和 Philip Wong（工程学院 Willard R. and Inez Kerr Bell 教授）共同指导的博士候选人吴向进（音译）说："来回穿梭数据需要耗费大量能源，尤其是在当今的计算工作负载下。有了这种存储器，我们希望能把存储器和处理过程更紧密地结合在一起，最终整合到一个设备中，从而减少能耗和时间"。要实现一种有效的、商业上可行的通用存储器，既能进行长期存储，又能进行快速、低功耗处理，同时又不牺牲其他指标，还存在许多技术障碍，但波普实验室开发的新型相变存储器是迄今为止任何人在这项技术上取得的最接近目标的成果。研究人员希望它能激励人们进一步开发和采用这种通用存储器。GST467 合金的承诺这种存储器依赖于 GST467，这是一种由四份锗、六份锑和七份碲组成的合金，由马里兰大学的合作者开发。Pop 和他的同事找到了在超晶格中将这种合金夹在其他几种纳米薄材料之间的方法，他们以前曾用这种分层结构取得过良好的非易失性存储器效果。"GST467 的独特成分使其开关速度特别快，"在 Pop 实验室获得博士学位的 Asir Intisar Khan 说，他是这篇论文的共同第一作者。"将它集成到纳米级器件的超晶格结构中，可以实现低开关能量，为我们提供了良好的耐久性、非常好的稳定性，并使其具有非易失性它的状态可以保持 10 年或更长的时间。"设定新标准GST467 超晶格通过了几项重要的基准测试。相变存储器有时会随时间发生漂移，即 1 和 0 的值会缓慢移动，但他们的测试表明，这种存储器非常稳定。它的工作电压也低于 1 伏（这是低功耗技术的目标），而且速度明显快于一般的固态硬盘。Pop 说："其他几种非易失性存储器的速度可能更快一些，但它们的工作电压更高，功耗更大。所有这些计算技术都需要在速度和能耗之间做出权衡。我们能在低于一伏特的电压下以几十纳秒的速度进行切换，这一点非常重要。"超晶格还能在狭小的空间内容纳大量的记忆细胞。研究人员将记忆单元的直径缩小到 40 纳米，不到冠状病毒大小的一半。由于超晶格的制造温度较低，而且采用了先进的制造技术，因此这种方法是可行的。制造温度远远低于所需要的温度。研究人员正在讨论将存储器堆叠成数千层，以提高密度。这种存储器可以实现未来的3D分层。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员开发出一种可以提高量子电阻标准性能的方法

研究人员开发出一种可以提高量子电阻标准性能的方法 在电子产品的工业生产中，例如在高科技传感器、微芯片和飞行控制器的制造中，精确测量电阻是必不可少的。维尔茨堡大学（JMU）拓扑绝缘体研究所的物理学家查尔斯-古尔德（Charles Gould）教授解释说："非常精确的测量在这里至关重要，因为即使是最小的偏差也会对这些复杂的系统产生重大影响。有了我们的新测量方法，我们就可以利用量子反常霍尔效应（QAHE），在没有任何外部磁场的情况下，大幅提高电阻测量的精度"。新方法的运作方式许多人可能还记得物理课上的经典霍尔效应：当电流流过导体并将其暴露在磁场中时，就会产生电压，即所谓的霍尔电压。将该电压除以电流得到的霍尔电阻会随着磁场强度的增加而增大。在薄层中和足够大的磁场中，霍尔电阻开始出现阶跃，其值恰好为 h/ne2，其中 h 为普朗克常数，e 为基本电荷，n 为整数。这就是所谓的量子霍尔效应，因为电阻只取决于自然界的基本常数（h 和 e），因此它是一个理想的标准电阻器。QAHE 的特别之处在于它可以在零磁场条件下产生量子霍尔效应。"在没有任何外部磁场的情况下运行，不仅简化了实验，而且在确定另一个物理量：千克时也具有优势。要确定千克，必须同时测量电阻和电压，"古尔德说，"但测量电压只有在没有磁场的情况下才能进行，因此量子霍尔效应是这方面的理想选择。"迄今为止，QAHE 只能在电流过低的情况下进行测量，而电流过低则无法用于实际计量。究其原因，是在较高电流下的电场干扰了 QAHE。维尔茨堡的物理学家们现在已经找到了解决这一问题的方法。古尔德解释说："我们在一个被称为多端科比诺装置的几何结构中使用两个独立的电流来中和电场。有了这一新技巧，电阻在更大的电流下仍可量化为 h/e2，从而使基于 QAHE 的电阻标准更加稳健"。"在实际应用的道路上在可行性研究中，研究人员能够证明新的测量方法能够达到基本直流电技术的精度水平。他们的下一个目标是使用更精确的计量工具来测试这种方法的可行性。为此，维尔茨堡小组正与专门从事此类超精密计量测量的德国国家计量研究院（PTB）密切合作。这种方法并不局限于量子霍尔效应。鉴于传统的量子霍尔效应在足够大的电流下也会遇到类似的电场驱动限制，因此这种方法还可以改进现有的计量标准，用于更大电流的应用。编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41928-024-01156-6 ... PC版： 手机版：

韩国科学技术院研发出用于神经形态计算的新型超低功耗存储器

韩国科学技术院研发出用于神经形态计算的新型超低功耗存储器 韩国科学技术院（KAIST）（院长 Kwang-Hyung Lee）4 月 4 日宣布，电气工程学院 Shinhyun Choi 教授的研究团队开发出了下一代相变存储器*设备，具有超低功耗的特点，可以取代 DRAM 和 NAND 闪存。相变记忆体指的是一种存储和/或处理信息的存储器件，利用热量将材料的结晶状态改变为非晶态或结晶态，从而改变其电阻状态。现有的相变存储器存在一些问题，如制造高比例器件的制造工艺昂贵，运行时需要大量电力。为了解决这些问题，Choi 教授的研究团队开发出了一种超低功耗相变存储器件，它不需要昂贵的制造工艺，而是通过电学方法形成非常小的纳米（nm）级相变丝。这一新研发成果具有突破性的优势，不仅加工成本极低，而且还能以超低功耗运行。DRAM 是最常用的存储器之一，速度非常快，但具有易失性，当电源关闭时数据就会消失。存储设备 NAND 闪存的读/写速度相对较慢，但它具有非易失性特点，即使在电源切断时也能保存数据。图 1.本研究开发的超低功耗相变存储器件的图示，以及新开发的相变存储器件与传统相变存储器件的功耗对比。资料来源：韩国科学技术院新兴纳米技术与集成系统研究所另一方面，相变存储器结合了 DRAM 和 NAND 闪存的优点，具有高速和非易失性的特点。因此，相变存储器作为可替代现有存储器的下一代存储器备受瞩目，目前正被作为一种存储器技术或模拟人脑的神经形态计算技术而积极研究。然而，传统的相变存储器件在运行时需要消耗大量电能，因此难以制造出实用的大容量存储器产品或实现神经形态计算系统。为了最大限度地提高存储器件运行时的热效率，以前的研究工作主要集中在通过使用最先进的光刻技术缩小存储器件的物理尺寸来降低功耗，但这些研究在实用性方面受到了限制，因为功耗的改善程度微乎其微，而成本和制造难度却随着每次改进而增加。为了解决相变存储器的功耗问题，Shinhyun Choi 教授的研究团队创造了一种在极小面积内电形成相变材料的方法，成功实现了超低功耗相变存储器件，其功耗比使用昂贵的光刻工具制造的传统相变存储器件低 15 倍。Shinhyun Choi 教授对这项研究未来在新研究领域的发展充满信心，他说："我们开发的相变存储器件意义重大，因为它提供了一种新颖的方法，可以解决生产存储器件过程中的遗留问题，同时大大提高制造成本和能源效率。我们期待我们的研究成果能成为未来电子工程的基础，实现包括高密度三维垂直存储器和神经形态计算系统在内的各种应用，因为它开辟了从多种材料中进行选择的可能性。我要感谢韩国国家研究基金会和国家纳米实验室中心对这项研究的支持。"4 月 4 日，国际著名学术期刊《自然》（Nature）4 月刊发表了这项研究的论文，KAIST 电气工程学院博士生 See-On Park 和博士生 Seokman Hong 作为第一作者参与了这项研究。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：