Milovníkům techniky, kteří sní o štíhlém a lehoučkém mobilním zařízení s nesmrtelnou baterií, se možná jejich sny časem vyplní. Inženýři z univerzity v Illinois v USA na to šli oklikou. Nehledali cestu, jak dostat ještě víc energie do ještě menší baterie, ale vymysleli paměť, která jí stokrát méně spotřebovává.

„Myslím, že každý, koho unavuje příliš mnoho nabíječek a vybitých baterií různých přístrojů, někdy snil o tom, že by chtěl mobilní telefon nebo notebook, jehož baterie bude dodávat energii bez dobíjení několik týdnů nebo měsíců,“ komentuje objev vedoucí týmu, profesor Eric Pop.

Menší a výkonnější

Skupina výzkumníků snížila spotřebu energie až stokrát oproti stávajícím PCM pamětem (viz rámeček), a to tak, že se zaměřila na to podstatné, tedy na velikost.

Řešení bylo radikální. Kovové vodiče nahradily uhlíkové nanotrubice o průměru 10 000krát menším než lidský vlas. „Spotřeba energie je v podstatě určená objemem bitu (nejmenší jednotka informace – pozn. red.) paměti,“ vysvětluje Feng Xiong, první autor příspěvku. „Použitím nanokontaktů jsme schopni dosáhnout mnohem menší spotřeby energie.“.

Malé množství PCM materiálu umístěné mezi uhlíkovými nanotrubičkami „funguje“ i když jimi prochází jen relativně velmi slabý elektrický proud. „Uhlíkové nanotrubice jsou nejmenší známé elektronické vodiče,“ říká Pop. „Jsou lepší než jakýkoli kov pro přenos malých elektrických impulzů.“.

Konec hladových mobilů?

Nanotrubičky se také mohou pochlubit mimořádnou stabilitou, nejsou náchylné k degradaci např. korozí. Kromě toho, PCM paměť je z principu své funkce imunní i proti náhodnému vymazání dat např. magnetem.

Miniaturizovaná paměť s miniaturizovanou spotřebou energie by mohla být používána ve stávajících zařízeních s nepřehlédnutelným prodloužením životnosti baterie. Váš současný chytrý telefon spotřebovává asi 1watt energie a bumbrlíček notebook požaduje více než 25 W. Něco málo zkonzumuje monitor, ale většinu zhltne paměť.

„Kdykoliv máte spuštěnou aplikaci, nebo ukládáte MP3, nebo si pouštíte video on-line, vybíjíte baterii,“ konstatuje další spoluautor práce Albert Liao. „Paměť a procesor tvrdě pracují, kdykoliv načítají data.

Lidé používají své telefony méně na volání a více pro práci s daty, je tedy důležité urychlení operací sloužících k ukládání a načítání dat.“.

Profesor Pop je přesvědčen, že spolu se zlepšením v technologii zobrazování, by mohly nanotrubičky PCM paměti zvýšit energetickou účinnost například iPhone tak, že bude pracovat delší dobu na slabší baterii, nebo dokonce natolik, že by se mohl samozásobit energií z vlastních zdrojů (termální, mechanickou nebo sluneční) a baterii by nepotřeboval.

Odlehčená kapsa i databanka

„Nemluvíme jen o odlehčení naší kapsy nebo kabelky,“ připomíná profesor Pop. „Aplikace je důležitá pro cokoliv, co funguje na baterie. Například pro družice, telekomunikační zařízení v odlehlých místech apod.“.

Vysoká energetická účinnost paměti by mohla zajímavě snížit spotřebu energie – a tedy i náklady – na ukládání dat v superpočítačových centrech. Umožnila by také účinné 3D aplikace (i když vrstvená PCM paměť už existuje), například stohování čipů, kterému se konstruktéři někdy vyhýbají kvůli potížím s přehříváním a chlazením.

Tým zatím testoval paměti s malou kapacitou. V dalších krocích chtějí výzkumníci pracovat i s větší hustotou dat. „I když jsme si vybrali jednu technologii a dokázali, že může být zlepšená až stokrát, ještě jsme netestovali, jaké jsou hranice možností.

Myslím, že bychom mohli snížit energetickou náročnost nejméně ještě desetkrát,“ domnívá se optimisticky Eric Pop.

Mezi krystalem a nekrystalem

Co znamená zkratka PCM? Je odvozená z anglického »phase change memory«. Označuje paměť, která využívá specifický typ polovodičových materiálů, jež lze impulzem elektrického proudu (odporovým teplem) převádět mezi krystalickou, tedy vysoce uspořádanou, fází a fází amorfní, beztvarou, bez vnitřní struktury.

Tyto dva stavy se liší vodivostí. Elektronu se snáze a rychleji cestuje pravidelnou, přehlednou krajinou krystalu než prostředím, kde ho za nejbližší zatáčkou může čekat cokoliv. Pokud takový materiál použijí technici pro výrobu paměti, mluví o tzv.

permanentní paměti, protože je energeticky nezávislá, energie je třeba právě jen ke změně fází, ale ne pro udržení dosaženého stavu. V porovnání s obvyklou flashovou pamětí pro mobilní zařízení, která potřebuje vysoké pracovní napětí a je relativně pomalá, nabízí už nějakou dobu stále zdokonalované PCM nepřehlédnutelné výhody.