Memoria de computador similar a una batería sigue funcionando a 600 ºC

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El material transporta iones de oxígeno en lugar de electrones y se muestra más resistente a las altas temperaturas, tanto para la memoria digital como la computación en memoria.

En el futuro, la memoria de los computadores podría resistir las temperaturas abrasadoras de los reactores de fusión, motores a reacción, pozos geotérmicos y planetas sofocantes gracias a un nuevo dispositivo de memoria de estado sólido desarrollado por un equipo de ingenieros dirigido por la Universidad de Míchigan, en Estados Unidos.

A diferencia de las memorias convencionales basadas en silicio, el nuevo dispositivo puede almacenar y reescribir información a más de 600 °C, una temperatura superior a la que reina en la superficie de Venus y a la de fusión del plomo.

El avance ha sido desarrollado en colaboración con investigadores de los Sandia National Laboratory, en Estados Unidos.

«Podría hacer posibles dispositivos electrónicos que antes no existían para aplicaciones de alta temperatura», afirma Yiyang Li, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Míchigan y autor principal del estudio.

«Hasta ahora, hemos construido un dispositivo con capacidad para un bit, a la altura de otras demostraciones de memorias informáticas de alta temperatura.

Con más desarrollo e inversión, en teoría podría contener megabytes o gigabytes de datos», avanza Li en una nota de prensa de la Universidad de Míchigan.

Sin embargo, hay una contrapartida para los dispositivos que no están a temperaturas extremas todo el tiempo: solo se puede escribir nueva información en el dispositivo por encima de los 250 °C.

Aun así, los investigadores sugieren que un calentador podría resolver el problema de los dispositivos que también deben funcionar a temperaturas más bajas.

La memoria tolerante al calor procede del movimiento de átomos de oxígeno cargados negativamente en lugar de electrones.

Cuando se calientan por encima de 150 °C, los semiconductores convencionales basados en silicio empiezan a conducir niveles incontrolables de corriente.

Dado que los componentes electrónicos se fabrican con precisión para determinados niveles de corriente, las altas temperaturas pueden borrar la información de la memoria de un dispositivo.

Pero a los iones de oxígeno del dispositivo de los investigadores no les molesta el calor.

Se mueven entre las dos capas de la memoria, el óxido de tantalio semiconductor y el tantalio metálico, a través de un electrolito sólido que actúa como barrera, al impedir que otras cargas se muevan entre las capas.

Los iones de oxígeno son guiados por una serie de tres electrodos de platino que controlan si el oxígeno entra en el óxido de tántalo o sale de él.

Todo el proceso es similar a la carga y descarga de una batería, pero en lugar de almacenar energía, este proceso electroquímico se utiliza para almacenar información.

Una vez que los átomos de oxígeno abandonan la capa de óxido de tántalo, queda una pequeña región de tántalo metálico.

Al mismo tiempo, una capa de óxido de tántalo tapa de forma similar la capa metálica de tántalo en el lado opuesto de la barrera.

Las capas de tántalo y óxido de tántalo no se mezclan, como el aceite y el agua, por lo que estas nuevas capas no volverán a su estado original hasta que se conmute la tensión.

Dependiendo del contenido de oxígeno del óxido de tántalo, puede actuar como aislante o conductor, lo que permite al material cambiar entre dos estados de tensión diferentes que representan los 0 y 1 digitales.

Un control más preciso del gradiente de oxígeno podría permitir la computación dentro de la memoria, con más de cien estados de resistencia en lugar de un simple binario.

Este enfoque podría ayudar a reducir la demanda de energía.

«Hay mucho interés en utilizar la inteligencia artificial (IA) para mejorar la monitorización en estos entornos extremos, pero requieren chips de procesador potentes que consumen mucha energía, y muchos de estos entornos extremos también tienen presupuestos de energía estrictos“, explica Alec Talin, un científico sénior del Departamento de Química, Combustión y Ciencia de Materiales en los Sandia National Laboratory y coautor del estudio.

En palabras de Talin, «los chips de computación en memoria podrían ayudar a procesar parte de esos datos antes de que lleguen a los chips de IA y reducir el consumo general de energía del dispositivo».

Los estados de información se pueden almacenar por encima de 600 ºC durante más de veinticuatro horas.

Si bien ese nivel de tolerancia al calor es comparable al de otros materiales que se han desarrollado para memorias regrabables de alta temperatura, el nuevo dispositivo ofrece otros beneficios.

En efecto, puede funcionar a voltajes más bajos que algunas de las principales alternativas, es decir, la memoria ferroeléctrica y los nanoespacios de electrodos de platino policristalinos, y puede proporcionar más estados analógicos para la computación en memoria, una tecnología innovadora que, dicho sea de paso, combina almacenamiento y procesamiento en un mismo lugar, aumentando la eficiencia.

Fuente: Tech Xplore