Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) e da Universidade de Tóquio (UTokyo) desenvolveram um novo dispositivo de memória de três valores inspirado em baterias sólidas de íon de lítio. O dispositivo proposto, que tem um consumo de energia extremamente baixo, pode ser a chave para o desenvolvimento de componentes de memória de acesso aleatório (RAM) mais eficientes em termos de energia e mais rápidos, que são onipresentes em computadores modernos.

Praticamente todos os dispositivos digitais que realizam qualquer tipo de processamento de informações requerem memória rápida que pode conter temporariamente as entradas, resultados parciais, e resultados das operações realizadas. Em computadores, esta memória é conhecida como memória dinâmica de acesso aleatório, ou DRAM. A velocidade da DRAM é importante e pode ter um impacto significativo na velocidade geral do sistema. Além disso, reduzir o consumo de energia de dispositivos de memória tornou-se recentemente um tema importante para se obter uma computação com alta eficiência energética. Portanto, muitos estudos se concentraram em testar novas tecnologias de memória para superar o desempenho da DRAM convencional.

As unidades mais básicas em um chip de memória são suas células de memória. Cada célula normalmente armazena um único bit, adotando e mantendo um dos dois valores de voltagem possíveis, que correspondem a um valor armazenado de zero ou um. As características da célula individual determinam amplamente o desempenho do chip de memória geral. Células mais simples e menores com alta velocidade e baixo consumo de energia seriam ideais para levar a computação altamente eficiente para o próximo nível.

Uma equipe de pesquisa da Tokyo Tech liderada pelo Prof. Taro Hitosugi e o estudante Yuki Watanabe alcançou recentemente um novo marco nesta área. Esses pesquisadores já haviam desenvolvido um novo dispositivo de memória inspirado no design de baterias sólidas de íons de lítio. Consistia em uma pilha de três camadas sólidas feitas de lítio, fosfato de lítio e ouro. Essa pilha é essencialmente uma bateria em miniatura de baixa capacidade que funciona como uma célula de memória; ele pode ser alternado rapidamente entre os estados carregado e descarregado que representam os dois valores possíveis de um bit. Contudo, ouro combina com lítio para formar uma camada de liga espessa, o que aumenta a quantidade de energia necessária para mudar de um estado para o outro.

Em seu último estudo, os pesquisadores criaram uma célula de memória de três camadas semelhante usando níquel em vez de ouro. Eles esperavam melhores resultados com o níquel porque ele não forma ligas facilmente com o lítio, o que levaria a um menor consumo de energia ao alternar. O dispositivo de memória que eles produziram era muito melhor do que o anterior; ele poderia realmente conter três estados de tensão em vez de dois, o que significa que é um dispositivo de memória de três valores. "Este sistema pode ser visto como uma bateria de lítio de película fina de capacidade extremamente baixa com três estados carregados, "explica o Prof. Hitosugi. Este é um recurso muito interessante com vantagens potenciais para implementações de memória de três valores, que pode ser mais eficiente em termos de área.

Os pesquisadores também descobriram que o níquel forma uma camada de óxido de níquel muito fina entre as camadas de Ni e de fosfato de lítio (ver Fig. 1), e esta camada de óxido é essencial para a comutação de baixa energia do dispositivo. A camada de óxido é muito mais fina do que a das ligas de ouro-lítio formadas em seu dispositivo anterior, o que significa que esta nova célula de "minibateria" tem uma capacidade muito baixa e, portanto, é rápida e facilmente alternada entre estados pela aplicação de correntes minúsculas. “O potencial de consumo de energia extremamente baixo é a vantagem mais notável deste dispositivo, "comenta o Prof. Hitosugi.

Maior velocidade, menor consumo de energia e tamanho menor são recursos desejáveis ​​para futuros dispositivos de memória. A célula de memória desenvolvida por esta equipe de pesquisa é um trampolim promissor em direção a uma computação mais rápida e com maior eficiência energética.