無摩擦技術突破記憶體效能極限，打造更快、更耐用且更節能的運算裝置
來自以色列臺拉維夫大學的研究團隊近期在記憶體技術上取得重大突破，成功將「超潤滑（Superlubricity）」現象應用於記憶體元件，顯著提升運算速度、降低能耗，並延長使用壽命。該研究由Moshe Ben Shalom教授領導的量子層狀材料研究小組執行，研究成果已發表於國際知名期刊《Nature》。
挑戰記憶體高頻存取的摩擦瓶頸
現代記憶體元件必須支援每秒數百萬次的高速存取，廣泛應用於電腦、人工智慧（AI）與先進醫療系統。然而，這些裝置在高速運作時，機械摩擦與能量損耗成為限制效能的關鍵瓶頸。類似人體關節需要潤滑劑來減少摩擦，記憶體運作同樣受摩擦影響。解決摩擦問題將大幅提升記憶體效能並減少功耗，是半導體產業的重要研究方向。
超潤滑：從理論現象到記憶體技術革命
研究團隊利用「超潤滑」原理來克服這一挑戰。這現象可類比為將兩個雞蛋盒稍微錯開時，它們能夠自由滑動。在奈米級尺度下，當某些材料的原子層略微錯位，其內部原子無法同步，導致摩擦力幾乎完全消失。約20年前科學家發現兩層旋轉的石墨具有極低摩擦，為超潤滑技術應用於記憶體奠定基礎。Ben Shalom教授表示，團隊開發的「層狀材料（Layered Materials）」可使電子在最小的原子位移下實現層間傳輸，使記憶體元件可能僅需兩個原子厚，達到前所未有的極限設計。
新型超潤滑記憶體結構：無摩擦滑動效應
研究團隊開發了一種新穎的無摩擦滑動機制，透過超薄層狀材料來提升記憶體的效能。其中一項實驗結合了硼與氮原子層，並使用穿孔的石墨烯層作為分隔介面。在這些奈米級孔洞（約100個原子寬）內，硼層與氮層能夠自然對齊並形成小島結構，然而由於周圍的石墨烯層與這些層不同步，導致小島之間的硼氮原子可以自由滑動，且摩擦力幾乎完全消失。這種現象使得對齊的硼氮小島內的原子能快速且高效地滑動，從而實現前所未有的超高速資料存取操作，並顯著降低能耗。這一突破性設計使得新型記憶體在極高頻率存取下仍能保持低能耗、高持久，且不受傳統記憶體的機械摩擦影響。
突破性應用：自我組織記憶（Self-Organizing Memory）
研究團隊還發現，這項技術能夠促成自我組織記憶（Self-Organizing Memory），這是一種類似於大腦神經網絡的運作方式。當這些奈米級小島相互接近時，一個小島內的原子運動會影響鄰近的小島，產生類似於神經元之間的動態連結。此連鎖動態效應使得這種記憶體架構有可能實現「類腦運算（Brain-Inspired Computing）」，對於人工智慧（AI）、深度學習與神經形態運算（Neuromorphic Computing）的發展至關重要。未來AI記憶體將不僅更快、更節能，還可能具備自我適應與學習能力，將運算架構進一步向生物神經網絡推進。
技術商業化與未來發展
為了加速這項技術的商業應用，研究團隊成立了新創公司SlideTro LTD，由臺拉維夫大學技轉公司Ramot協助，專注於開發超高速、低功耗的新一代記憶體技術。他們的核心目標包括：持續優化超潤滑材料，提高記憶體的密度與效能；探索存取單元間的連鎖動態效應，讓其更適用於高效能運算；並推動技術進入半導體產業，與晶圓代工廠合作，測試大規模生產的可行性。
研究團隊總結道，他們相信，超潤滑技術不僅能夠改變記憶體架構，也可能為未來的高效能計算與人工智慧應用開啟全新可能性。
資料來源：https://english.tau.ac.il/research/superlubricity-in-electronics
