科技日报北京2月26日电 (记者刘霞)美国宾夕法尼亚州立大学研究团队将合成DNA与半导体材料钙钛矿结合,研发出一种全新的“生物—电子”存储设备,将DNA海量信息存储能力与钙钛矿出色的电子性能合二为一,存储密度更高,功耗仅为传统存储设备的百分之一。这项突破有望颠覆低功耗存储设备的传统设计思路,相关成果发表于新一期《先进功能材料》杂志。
DNA作为自然界最强大的信息存储系统,每克可存储高达2.15亿GB的数据。如果能将这一潜力引入电子领域,将带来能效更高的数据中心、处理能力更强的计算设备。而这次的关键突破在于,让DNA与电子设备实现高效对接。
团队首先将银纳米粒子“植入”一段精心设计的合成DNA链中,再将其与钙钛矿薄膜融合。这一“掺杂”工艺能精准调控材料性能,让DNA获得导电能力,并以更高的结构有序度排列其单元。与天然DNA那种“湿面条”般的纠缠结构不同,合成DNA片段短而坚固,可在纳米尺度实现真正精密的构造。
测试结果显示,掺杂银和钙钛矿的DNA形成了一种独特的“生物—电子混合通道”,当施加低于0.1伏的电压时,电子就能稳定流过。当电流方向切换,设备也能迅速响应。更令人惊喜的是,这款设备可在室温下稳定运行超过6周,远超同类钙钛矿存储器的表现,且功耗仅为传统存储设备的百分之一,存储密度却更高。
这种新型存储器本质是一种“忆阻器”,不同于普通电阻断电即失忆,它在断电后仍能记住电流方向,具备在同一位置存储和处理信息的能力。这一特性与人类神经元的工作方式极为相似,为实现更高效、更智能的“类脑计算”提供了可能。
团队表示,随着人工智能技术对算力和能效的要求不断攀升,像这样兼具低功耗与高存储性能的新型设备将变得愈发关键。未来他们将继续优化这一技术路径,探索更多生物启发电子应用的新可能。
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