Os chips de memória estão entre os componentes mais básicos dos computadores. A memória de acesso aleatório é onde os processadores armazenam temporariamente seus dados, que é uma função crucial. Pesquisadores de Dresden e Basel agora conseguiram lançar as bases para um novo conceito de chip de memória. Ele tem o potencial de usar consideravelmente menos energia do que os chips produzidos até hoje - isso é importante não apenas para aplicativos móveis, mas também para grandes centros de computação de dados. Os resultados são apresentados no último volume da revista científica. Nature Communications .

Os chips de memória puramente elétricos que são comumente usados ​​hoje têm uma desvantagem significativa:"Esta memória é volátil e seu estado deve ser continuamente atualizado, "diz o Dr. Tobias Kosub, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). "Isso requer muita energia." As consequências podem ser vistas, por exemplo, em grandes centros de computação. Por um lado, suas contas de eletricidade aumentam com o aumento do poder de computação. Por outro lado, os chips esquentam cada vez mais com base no consumo de energia. Os data centers estão achando cada vez mais difícil dissipar esse calor. Alguns operadores de nuvem chegam ao ponto de configurar seus farms de servidores em regiões frias.

Existe uma alternativa para esses chips de memória elétricos. Os MRAMs salvam os dados magneticamente e, portanto, não requerem atualização constante. Eles fazem, Contudo, requerem correntes elétricas relativamente grandes para gravar os dados na memória, o que reduz a confiabilidade:"Eles ameaçam se desgastar muito rapidamente e quebrar se ocorrerem interrupções durante o processo de escrita ou leitura, "Kosub diz.

Tensão elétrica em vez de corrente

O mundo científico, portanto, tem trabalhado em alternativas MRAM por um bom tempo. Uma classe de materiais chamada "antiferromagnetos magnetoelétricos" parece particularmente promissora. Esses ímãs são ativados por uma voltagem elétrica em vez de por uma corrente. "Esses materiais não podem ser facilmente controlados, "explica o líder do grupo HZDR, Dr. Denys Makarov." É difícil escrever dados neles e lê-los novamente. "Até agora, foi assumido que esses antiferromagnetos magnetoelétricos só podem ser lidos indiretamente por meio de ferromagnetos, que, Contudo, nega muitas das vantagens. O objetivo é, portanto, produzir uma memória magnetoelétrica puramente antiferromagnética (AF-MERAM).

Isso é precisamente o que as equipes de pesquisa de Dresden e Basel agora conseguiram fazer. Eles desenvolveram um novo protótipo AF-MERAM baseado em uma fina camada de óxido de cromo. Isso é inserido - como um recheio de sanduíche - entre dois eletrodos nanômetros de espessura. Se uma tensão for aplicada a esses eletrodos, o óxido de cromo "salta" para um estado magnético diferente - e a parte é escrita. A chave é que alguns volts são suficientes. "Em contraste com outros conceitos, poderíamos reduzir a tensão por um fator de cinquenta, "diz Kosub." Isso nos permite escrever um pouco sem consumo excessivo de energia e aquecimento. "Um desafio particular era a capacidade de ler o trecho escrito novamente.

Para fazer isso, os físicos anexaram uma camada de platina de espessura nanométrica no topo do óxido de cromo. A platina permite a leitura por meio de um fenômeno elétrico especial - o Efeito Hall Anômalo. O sinal real é muito pequeno e é sobreposto por sinais de interferência. "Poderíamos, Contudo, desenvolver um método que suprime a tempestade de interferência, permitindo-nos obter o sinal útil, "Makarov descreve." na verdade, o avanço ". Os resultados parecem muito promissores, de acordo com o Prof. Oliver G. Schmidt, do Instituto Leibniz para o Estado Sólido e Pesquisa de Materiais de Dresden, que também participou do estudo:"Será empolgante saber como essa nova abordagem se posicionará em relação à tecnologia de silício estabelecida." Agora os pesquisadores estão prestes a desenvolver ainda mais o conceito.

"O material até agora está funcionando em temperatura ambiente, mas apenas dentro de uma janela estreita, ", diz Kosub." Queremos expandir consideravelmente a gama, alterando seletivamente o óxido de cromo. "Para conseguir isso, os colegas do Swiss Nanoscience Institute e do Departamento de Física da Universidade de Basel deram uma importante contribuição. Seu novo método de investigação fornece imagens das propriedades magnéticas do óxido de cromo pela primeira vez com resolução em nanoescala. Os especialistas agora pretendem integrar vários elementos de memória em um único chip. Até aqui, apenas um único elemento foi realizado, que pode armazenar apenas um bit. O próximo passo, crucial para possíveis aplicações, é construir uma matriz de vários elementos. "Em princípio, tais chips de memória podem ser produzidos usando métodos padrão empregados pelos fabricantes de computador, "diz Makarov." Esta é uma das razões pelas quais a indústria mostrou grande interesse em tais componentes. "