科技日报讯 （记者陈丹）电子内存设备的性能会随着温度的升高而下降，但美国科学家提出了一种新的内存设计，却需要在超过600开（约327℃）高温下工作。这种纳米热机械存储器（Nano ThermoMechanical memory）利用热而非电，来记录、存储和恢复数据，未来有望应用于空间探索任务、深井钻探、内燃机等多个领域。

    内布拉斯加大学林肯分校研究生马哈茂德·艾尔左卡和助理教授西迪·恩道在最近出版的《应用物理快报》上发表论文，描述了这种新内存。“（这项研究）最重要的意义在于实际设计/开发了一种高温存储（逻辑）设备。”恩道说，“目前还不存在能够在极端环境下保持良好性能的随机存取存储器。”

    据物理学家组织网1月8日（北京时间）报道，在新设计的纳米热机械存储器中，二进位存储态“0”和“1”由两种稳定的温度状态来表示。比如在模拟实验中，1038开代表“0”，而1341开代表“1”。

    拥有两种不同的稳定温度状态非常少见，因为大多数设备只有一个稳定温度状态。要做到这一点，关键是小心控制两个间距极小的物体之间的热传递。在新的高温存储设备中，这两个物体分别是：一个固定的热的终端和其下方的一个没有固定且温度较低的“头（head）”。“头”可以上下自由移动，并通过一根柄与另一个底部固定的冷的（模拟实验中为600开）终端相连。

    当热量被施加到热终端时，部分热量会通过远场热辐射传递给“头”。随着“头”的温度升高，连接柄由于热膨胀而伸长，使得“头”与热终端的间距缩小（近似于一个辐射波长），这时热传递的主要方式变为了近场而非远场热辐射。重要的是，从热终端向“头”传递的热量实际上在增加，即使二者之间的温差减小了。这种有违直觉的现象被称为负微分热阻（NDTR），两个稳定的温度状态也正是因此才得以存在的。

    当热终端（通过近场热辐射）传递给“头”的热量与“头”（通过向连接柄向下传导）损失的热量相等时，就会出现稳定的温度状态，也可称为热闭锁状态。如果这种状态因温度降低而被打破，系统会自动获取热量来回归稳定；反之，当温度升高，它也会自动损失热量。处于两种稳定温度状态中间的为临界状态，若高于临界值，系统将趋向于温度较高的稳定状态；若低于临界值，则转向温度较低的状态。

    通过使用热探针来控制热终端的温度，数据就可以写入并存储在存储器中，读出数据只需测量一根绝缘探针的温度即可。

    将来，纳米热机械存储器也可作为逻辑设备来使用，其同样具有可在高温环境下操作的优点。研究人员接下来将通过实验来实现他们的内存设计。“我们目前正在制造一个近场纳米热机械存储器工作原型。”恩道说。

    总编辑圈点 

    通过改变工作温度让材料特殊属性发挥作用的例子无处不在，高温超导材料即为典型案例。本文中的纳米热机械存储器，巧妙地利用温度差别，开发出了具有计算机内存逻辑能力的“智能”装置，其中的精妙所在，莫过于让代表“0”和“1”的两种温度保持工作稳定性。试想一下，如果这个设计广泛应用，未来所有在高温环境下工作的仪器和设备，其动态数据能够轻松采集，那么人类距离建设“智慧地球”还真是又近了一大步。