CBRAM (memória de acesso aleatório de ponte condutiva) pode desempenhar um papel fundamental na memória no futuro, armazenando dados em um ambiente não volátil (ou seja, forma quase permanente). Para reduzir o tamanho e o consumo de energia de tais componentes, é essencial compreender precisamente seu comportamento no nível atômico.

Mathieu Luisier, professor associado da ETH Zurique, e sua equipe estudou este tipo de memória, que consiste em dois eletrodos de metal separados por um isolador. Os pesquisadores desenvolveram um modelo de computador de um CBRAM que consiste em cerca de 4.500 átomos e obedece às leis da mecânica quântica que regem o mundo microscópico. Essa simulação em escala atômica permite descrever com precisão a intensidade da corrente gerada por um nanofilamento metálico à medida que ele se forma e se dissolve entre os eletrodos.

Dez átomos de espessura

"Este é um grande passo em frente, "diz Mathieu Luisier, que foi professor SNSF na ETH Zurique de 2011 a 2016. "Até agora, os modelos existentes podiam lidar com apenas cerca de cem átomos. "O novo modelo reproduz com precisão a corrente elétrica, bem como a energia dissipada pela célula, por sua vez, permitindo o cálculo de sua temperatura. Os pesquisadores podem observar o efeito de mudanças na espessura do isolador e no diâmetro do filamento metálico. As evidências, que foram apresentados na conferência IEDM em San Francisco em dezembro de 2017, mostram que o consumo de energia local e o calor são reduzidos se os dois eletrodos forem movidos para mais perto. Mas só até certo ponto:eletrodos que estão muito próximos estão sujeitos ao efeito de tunelamento quântico, e a corrente entre eles não é mais controlável.

A pesquisa mostra que em uma geometria CBRAM ideal, o isolador tem 1,5 a 2 nanômetros (cerca de 10 átomos) de espessura. Fabricação ainda é um desafio, no entanto:as máquinas capazes de atingir tais dimensões usam uma técnica de litografia de sonda térmica que atualmente é inadequada para a produção em massa. "Hoje, um canal de transistor tipo CMOS típico mede cerca de 20 nanômetros, ou dez vezes mais espesso do que os isoladores CBRAM que investigamos, "diz Luisier. Consequentemente, A lei de Moore - que prevê que o tamanho dos componentes eletrônicos cairá pela metade a cada 18 a 24 meses - pode se chocar contra a parede em uma década.

Para alcançar seu modelo de 4500 átomos, os pesquisadores se beneficiaram do acesso ao terceiro computador mais poderoso do mundo - Piz Daint - localizado no Centro Nacional de Supercomputação da Suíça (CSCS) em Lugano e pode realizar até 20 milhões de bilhões de operações por segundo. Esse tipo de estudo requer 230 placas gráficas de última geração; Piz Daint tem mais de 4000 deles. Cada placa possui sua própria CPU. "Mesmo com esse poder computacional, leva dez horas ou mais para simular uma memória e determinar suas características elétricas, "diz Luisier.