Учёные Фуданьского университета в Шанхае продемонстрировали необычное устройство памяти Guiyi, способное хранить один бит информации с помощью всего одного электрона при комнатной температуре.

Это практически теоретический предел для памяти, основанной на электрическом заряде: один электрон соответствует одному биту информации. Для сравнения, современным микросхемам памяти для надёжного различения логических состояний могут требоваться огромные коллективные заряды — в публикациях исследователей приводится ориентир порядка 200 000 электронов для современных DRAM-ячеек.

Главная проблема одноэлектронной памяти всегда заключалась в чрезвычайно слабом сигнале и нестабильности при обычной температуре. Предыдущие эксперименты давали изменение напряжения всего в десятки милливольт, а состояние могло исчезать за считанные секунды.

Команда профессора Чжоу Пэна создала новую двумерную архитектуру Guiyi с графеновым слоем и копланарной структурой drain-channel-source. В эксперименте внедрение одного электрона давало энергонезависимое изменение порогового напряжения примерно на 0,5 В при температуре около 27 °C. Это почти на порядок больше, чем в ранних одноэлектронных устройствах.

Разработка является продолжением исследований команды в области двумерной памяти. Ранее учёные представили сверхбыструю энергонезависимую память PoX и продемонстрировали возможность интеграции подобных двумерных устройств с традиционным CMOS-производством.

В перспективе одноэлектронная память может резко уменьшить энергозатраты на хранение и обработку информации, что особенно интересно для смартфонов, периферийного искусственного интеллекта и больших нейросетей.

Но до массовых устройств ещё далеко. Сейчас Guiyi остаётся экспериментальной технологией. Исследователям необходимо доказать возможность производства миллиардов одинаковых ячеек, долговременную надёжность, скорость перезаписи и совместимость с промышленными технологическими процессами.

Авторы уже рассматривают коммерциализацию разработки в течение ближайших нескольких лет, однако реальные сроки выхода серийных устройств будут зависеть от масштабирования производства.

Сможет ли память, использующая всего один электрон на бит, однажды заменить современные DRAM и NAND?

Американская компания Solidion Technology представила новую батарею Generation Extreme-Climate Battery, или Gen-ECB. Это аккумулятор, созданный специально для экстремальных условий космоса: спутников, орбитальных платформ, лунной инфраструктуры, роверов, пилотируемых миссий и даже будущих дата-центров на орбите.

Главная особенность Gen-ECB — способность работать при очень низких температурах. По заявленным характеристикам, батарея сохраняет работоспособность в диапазоне от -80 до +60 °C. Это особенно важно для космических аппаратов, которые сталкиваются с вакуумом, резкими перепадами температур, радиацией и вибрационными нагрузками при запуске ракет.

В основе новой батареи лежат литий-металлические элементы и графеновые материалы. Графен помогает лучше управлять теплом благодаря высокой теплопроводности, а также повышает устойчивость системы к радиации. Для космических миссий это критически важно, потому что аккумулятор должен быть не только мощным, но и надёжным в условиях, где ремонт практически невозможен.

Solidion также развивает другие перспективные аккумуляторные технологии: литий-ионные элементы с высоким содержанием кремния, литий-металлические и литий-серные батареи. Некоторые решения компании заявлены с плотностью энергии свыше 380 Вт·ч/кг, что особенно важно для космоса, где каждый килограмм массы влияет на стоимость запуска.

Если Gen-ECB подтвердит заявленные характеристики в реальных миссиях, такие батареи могут стать важным элементом будущих спутников, лунных баз, межпланетных аппаратов и автономных космических систем.

Наше тело выделяет столько тепла, что его достаточно, чтобы вскипятить более 100 чашек чая в день. Но мы не перегреваемся благодаря простой системе охлаждения — потоотделению. Инженеры решили перенести этот принцип в энергетические технологии.

Команда из Гонконга создала нанокомпозитную охлаждающую мембрану, которая работает как искусственная кожа для литий-ионных батарей. Когда батарея нагревается, материал выделяет влагу. Вода испаряется и уносит тепло — точно так же, как пот охлаждает наше тело.

Мембрана состоит из трех компонентов:
- хлорид лития, который впитывает влагу из воздуха
- оксид графена, распределяющий тепло
- углеродное волокно, увеличивающее площадь испарения воды.

Оболочка способна снизить температуру батареи более чем на 30 С и почти вдвое увеличить срок ее службы — с 118 до 233 циклов. Кроме охлаждения, мембрана выполняет еще одну важную функцию — повышает пожаробезопасность, снижая риск теплового разгона.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм

Ученые Индийского института науки (IISc) совместно с Национальным институтом материаловедения Японии впервые зафиксировали в графене поведение электронов как почти идеальной квантовой жидкости.

Идеальная квантовая жидкость - абстрактная модель вещества, свойства которого определяются квантовыми эффектами, а не классической гидродинамикой, где идеальной жидкостью называется жидкость без вязкости и сил внутреннего трения.

В сверхчистых образцах исследователи обнаружили резкое расхождение между теплопроводностью и электропроводностью — отклонение от закона Видемана—Франца превысило 200 раз при низких температурах.

Команда изготовила исключительной чистоты однослойные образцы графена и одновременно измеряла перенос заряда и тепла. Вместо ожидаемой пропорциональности в металлах ученые увидели обратную зависимость: рост электропроводности сопровождался падением теплопроводности и наоборот. Анализ показал, что механизмы переноса заряда и тепла «расцепляются», но при этом оба подчиняются универсальной величине, связанной с квантумом проводимости — фундаментальной константой электронного транспорта.

Необычный режим проявился вблизи так называемой точки Дирака, где графен не является ни металлом, ни изолятором. Здесь электроны и дырки перестают вести себя как независимые частицы и текут подобно жидкости с минимально возможной вязкостью — дираковскому флюиду. По оценкам авторов, эта «квантовая жидкость» во много раз менее вязкая, чем вода, и по своим свойствам напоминает кварк-глюонную плазму, наблюдаемую на крупных ускорителях.

Открытие делает графен удобной и доступной лабораторией для проверки идей из физики высоких энергий и астрофизики — от термодинамики черных дыр до масштабирования энтропии запутанности — в настольных экспериментах. С прикладной точки зрения дираковский флюид открывает путь к новым типам квантовых сенсоров, способных усиливать сверхслабые электрические сигналы и фиксировать крайне слабые магнитные поля, отмечают в IISc.

- Графен также эффективен против вирусов. Например, во время пандемии COVID-19 были разработаны графеновые покрытия для масок, которые разрушают белковую оболочку вирусов, включая SARS-CoV-2 и штаммы гриппа. Такие маски могут самоочищаться и используются многократно .

Испытания показали, что графеновые покрытия уничтожают до 90% вирусных частиц.

🧠 3. Применение в медицине и диагностике

Биосенсоры: Графен используется для создания высокочувствительных сенсоров, способных обнаруживать биомаркеры заболеваний (например, рака, болезни Паркинсона) или вирусы всего за минуту .

Нейродевайсы: Графеновые имплантаты помогают лечить нейродегенеративные заболевания (например, болезнь Паркинства) за счёт высокой проводимости и биосовместимости. Они стимулируют мозговую активность без побочных эффектов, характерных для металлических электродов .

Лечение рака: Графен может избирательно накапливаться в раковых опухолях. При облучении лазером он нагревается и уничтожает раковые клетки, не повреждая здоровые ткани. Эксперименты на мышах показали полное уничтожение опухолей без рецидивов .

4. Биосовместимость и безопасность

- Высококачественный графен, произведённый методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), биосовместим и нетоксичен. Он не вызывает иммунных реакций и может использоваться в имплантатах и медицинских устройствах .

⚠️ Однако некоторые формы графена (например, мелкие частицы) могут проникать в клетки и потенциально причинять вред. Поэтому важно использовать графен в контролируемых условиях

Перспективные направления

- Графен применяется в фильтрах для воды и воздуха, благодаря способности. вредные вещества и патогены .

- Он также используется в тканевой инженерии для ускорения регенерации клеток и лечения повреждённых тканей .

Графен действительно защищает от болезней через свои уникальные физические, химические и биологические свойства. Его применение варьируется от антимикробных покрытий до инновационных методов лечения и диагностики. Однако некоторые технологии ещё находятся в стадии разработки и требуют дальнейших исследований для широкого внедрения в медицину.