超润滑性使仅两个原子厚的电子设备能够无摩擦滑动

特拉维夫大学的一项技术进步首次使超润滑的科学现象在电子元件中得到了应用。因此，研究小组成功地利用无摩擦滑动来显著提高计算机和其他电子设备中存储组件的性能

这项研究由Youngki Yeo博士、Yoav Sharaby先生、Nirmal Roy博士和Noam Raab先生领导，他们都是特拉维夫大学Raymond&Beverly Sackler物理与天文学院Moshe Ben Shalom教授领导的量子分层物质小组的成员。这项研究最近发表在《自然》杂志上

研究小组解释说，摩擦力是一种阻止表面之间自由滑动的力。一方面，它是必不可少的——例如，它可以防止我们在淋浴时滑倒——但另一方面，这会导致磨损和能量损失。在人体中，进化已经为关节开发了先进的润滑剂，但即使是它们也会随着时间的推移而降解（正如我们的膝盖偶尔提醒我们的那样）

这个问题在计算机领域尤为重要。微小的内存组件以极高的速度运行——每秒数百万个周期——并在计算机、人工智能和先进的医疗系统中持续运行。效率、耐用性和能耗的任何提高都会直接转化为重大的技术进步

研究人员强调，大自然已经找到了一种创造几乎无摩擦表面的方法，这种现象被称为超润滑性。为了理解这一概念，想象一下将两个鸡蛋盒放在一起：当它们完全对齐时，它们会互锁并阻止移动，但当稍微旋转时，它们可以自由滑动。同样，当某些材料的原子层稍微错位时，它们的原子无法同步，它们之间的摩擦几乎消失了

大约20年前，科学家们发现两层旋转的石墨层表现出几乎无法估量的摩擦——这一突破为我们开发基于超润滑性的下一代存储技术铺平了道路

“在我们的实验室里，”Moshe Ben Shalom教授解释道，“我们构建了分层材料，即使是最微小的原子位移也会导致电子在层间移动。结果：一个只有两个原子厚的存储设备——尽可能薄。”

在目前的研究中，该团队开发了一种利用无摩擦滑动来显著提高存储性能的新方法

Yeo博士的实验涉及将硼和氮的超薄原子层结合在一起，由穿孔的石墨烯层隔开。在纳米尺寸的孔（仅100个原子宽）内，硼和氮层自对准，但在这些岛之间，由于石墨烯层不同步，摩擦消失了！这种现象使对齐岛屿内的原子能够快速有效地滑动，从而实现前所未有的高效数据读/写操作，同时消耗的能量大大减少。

Ben Shalom教授强调，“我们的测量表明，这种新的存储技术的效率明显高于现有技术，零磨损。

除此之外，新的存储阵列揭示了一个有趣的效果：当小岛彼此靠近时，一个岛屿中的原子运动会影响相邻的岛屿。换句话说，该系统可以自组织成耦合的存储状态，这一现象可能会导致计算领域的突破性进展，包括人工智能和神经形态架构（模拟大脑功能的计算）。”

研究小组得出结论，“我们正在通过SlideTro LTD开发这项技术，SlideTro LTD是一家基于这些发现成立的公司，并与特拉维夫大学的技术转让公司Ramot合作。我们相信，在不久的将来，这项创新将能够开发出超快、可靠和高度耐用的存储阵列。”

他们未来的研究旨在通过存储位之间的机械耦合探索新的计算可能性，这种相互作用以前是不可能的。也许超级润滑将推动计算领域的下一场革命 More information: Youngki Yeo et al, Polytype switching by super-lubricant van der Waals cavity arrays, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08380-2

Journal information: Nature