前言
8月23日，Science 预印版(First release)上线还未排版好的一篇中国学者的工作。该作者团队由深圳大学材料学院饶峰教授，西安交通大学张伟教授以及约翰霍普金斯大学马恩教授等人组成，他们报道了一种新型的相变异质结 (phase-change heterostrucutres, PCH)结构，极大地降低了相变存储器的噪音以及电阻漂移。这是该合作团队自2017年以来的第二篇Science研究成果。
第一作者：Keyuan Ding, Jiangjing Wang, Yuxing Zhou ；通讯作者：饶峰，张伟，马恩；
通讯单位：深圳大学；西安交通大学，约翰霍普金斯大学
论文DOI：10.1126/science.aay0291
主要内容
当今人工智能与大数据的火热发展，对计算机结构提出了新的要求。目前，我们使用的计算机都是冯诺依曼结构，即指令运算与数据存储是分开的，当时提出这一个架构是因为CPU计算速度有限。但是随着几十年芯片技术的发展，CPU算力飞速上涨。当今，大数据与人工智能并行计算的大背景下，冯诺依曼结构有着固有设计缺陷：指令运算与数据存储之间的通信缓慢，耗时，耗能。相变随机动态存储器（Phase-change random-access memory，PCRAM）是最具潜力的新一代非易失性存储器，在革新现有冯诺依曼计算体系架构、实现人工智能神经元计算方面已成为业界、学界的研究热点。PCRAM最显著的特性在于高操作速度且数据非易失性：高温（600-700 K）下，相变存储材料可实现纳秒乃至亚纳秒级高速晶化；而在室温（300 K）下，非晶态数据可实现十年以上的稳定保持。
早在2017年11月，Science报道了该研究团队开发设计出了新型钪锑碲（ScSbTe）种合金相变材料，将相变存储器的写入时间缩短至0.7纳秒，达到了缓存速度级别。而其数据储量确可比缓存大一万倍，且造价仅为缓存的百分之一，这将有效推动通用存储器的发展，以应对海量数据带来的压力。同时，大大提高了相变材料存储器的性能。
这种相变存储材料依赖于结晶态与无定型态之间的相变实现存储，但是相变经常伴随着结构组份的变化，这个存储带来噪音，而无定型态的在操作过程中的结构弛豫使得期间产生电阻漂移。这两个问题极大地制约了相变存储器的进一步研究以及可能的应用。在今天的这篇工作中， 作者提出一种将相变材料与另一种限制材料在纳米尺度进行交替，形成独特的异质结结构。相变材料层之间的空间限域层有效地减少了相变存储循环中的组份以及结构的变化，实现了低噪音，低漂移的稳定高速存储。
图 1 材料设计原则。相变材料为Sb2Te3， 而空间限域层利用了过渡金属硫族化物TiTe2。作者进一步的测试了存储性能，该材料能高精度地实现运算操作测试，以及循环寿命良好。
这种新型的层层堆叠结构在工业制造上困难也不大，总之，该工作为开发人工智能时代的相变随机动态存储器指明了新的努力方向。
饶峰，博士，特聘教授，国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者，深圳市国家级领军人才。在Science、Nature Communications、Nano Research等知名期刊发表第一作者及通讯作者署名SCI论文40余篇，总SCI论文90余篇；获中国授权发明专利43项（美国专利2项），其中第一发明人授权专利7项（美国专利1项）；Scientific Reports杂志特邀编辑。曾获得中科院院长优秀奖、中科院优秀博士学位论文奖、全国百篇优秀博士论文提名奖、上海市青年科技启明星、中科院青年创新促进会首批会员、中科院卢嘉锡青年人才奖等荣誉。主持中国科学院战略性先导科技专项（A类）子课题、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、上海市青年科技启明星计划项目、国家自然科学基金青年科学基金项目、广东省基础重大研究项目、深圳市基础研究学科布局、自由探索项目各一项；作为研究骨干，参加国家重大科学研究计划项目（A类）、国家科技重大专项项目等四项。
张伟，西安交通大学教授，博士生导师。2008年本科毕业于浙江大学，并于2010年取得浙江大学的物理学硕士学位。2011年赴德国亚琛工业大学攻读物理学博士学位，师从相变材料领域的权威Matthias Wuttig教授和计算材料领域知名教授Riccardo Mazzarello。研究方向为先进电子材料，用于数据存储、内存芯片的相变存储材料、拓扑存储材料以及电子材料的第一性原理计算（DFT，DFMD）。先后在Science, Nature Materials、Advanced Materials等杂志上发表学术论文。
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