Новая космическая память выдержала радиацию уровня 100 миллионов рентгенов
По мере того как космические миссии уходят всё дальше от Земли, космические аппараты всё чаще вынуждены самостоятельно обрабатывать и хранить собранные данные, и ожидается, что искусственный интеллект станет основным инструментом для управления этим растущим объёмом информации. Память, лежащая в основе таких систем, должна выдерживать одну из самых агрессивных сред, которую только можно вообразить.
Обычная флеш-память типа NAND, та же самая технология, что используется в смартфонах, ноутбуках и дата-центрах, сегодня является самым передовым решением для хранения больших объёмов данных в космосе, предлагая ёмкость в терабитном диапазоне. Однако космическая радиация может значительно ухудшать её характеристики. Радиация взаимодействует с захваченными электрическими зарядами, которые хранят данные, что приводит к их искажению или разрушению.
Исследователи из Технологического института Джорджии разработали версию флеш-памяти, созданную из ферроэлектрических материалов, которая выдерживает уровни радиации в 30 раз выше, чем обычная флеш-память.
Ферроэлектричество означает способность определённых материалов сохранять постоянную спонтанную электрическую поляризацию. Эта поляризация хранит данные иначе, чем в обычной флеш-памяти, и это различие имеет решающее значение в условиях радиационного воздействия. Асиф Хан, доцент Школы электротехники и компьютерного инжиниринга Технологического института Джорджии, пояснил, что если отправить традиционную флеш-память в космос, то радиация, взаимодействуя с захваченным электрическим зарядом, может легко повредить данные. В противоположность этому ферроэлектрическая флеш-память не хранит данные в виде захваченного электрического заряда, а сохраняет их как поляризацию в материале, и поляризация обладает очень высокой устойчивостью к радиационным воздействиям.
Материалом, который делает это возможным, является оксид гафния — кремний-совместимое соединение, в котором ферроэлектричество было впервые обнаружено 15 лет назад. Лаборатория Хана потратила последнее десятилетие на изучение его возможностей. Тем не менее степень радиационной стойкости, продемонстрированная новой архитектурой, стала неожиданностью даже для самой команды.
Лэнс Фернандес, аспирант в области электротехники и компьютерного инжиниринга и первый автор статьи, изготовил ферроэлектрические чипы флеш-памяти в чистой комнате Технологического института Джорджии, после чего отправил их для радиационных испытаний своим коллабораторам из Университета штата Пенсильвания. Чипы выдержали до 1 миллиона рад (поглощённая доза радиации), что эквивалентно воздействию 100 миллионов рентгеновских снимков. Этот показатель покрывает весь диапазон радиационных нагрузок, с которыми сталкиваются космические аппараты: спутникам на низкой околоземной орбите требуется устойчивость в диапазоне от 5 до 30 тысяч рад, геостационарная орбита требует устойчивости от 100 до 300 тысяч рад, а для миссий дальнего космоса достигается уровень в 1 миллион рад.
Фернандес подчеркнул, что для хранения данных в космосе недостаточно, чтобы память просто работала, она должна оставаться надёжной в условиях экстремальной радиации. Асиф Хан добавил, что ферроэлектрическая флеш-память не просто устойчива к радиации, она остаётся надёжной даже в исключительно жёстких радиационных условиях, а это именно то, что требуется для космоса.
Исследование в журнале Nano Letters.