A pesquisa de Pierre Lucas pode levar a memórias de computador que funcionam mais como memórias humanas.

Imagine se microchips e CDs regraváveis ​​pudessem conter cem vezes mais dados.

A maneira como os dados digitais são armazenados começa com o material em que são armazenados, que, em CDs regraváveis ​​e muitos microchips, é algo chamado material de mudança de fase, ou PCM.

Pierre Lucas, um professor da UA no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e na Faculdade de Ciências Óticas, está usando um subsídio de pouco mais de US $ 560, 000 da National Science Foundation para melhorar esses materiais, abrindo a porta para memórias de alta densidade e dispositivos que imitam a sofisticação do cérebro humano.

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Já percebeu como, quando você grava um CD, a parte reflexiva do CD próxima ao centro fica mais escura? Esse material reflexivo é um material de mudança de fase que muda do cristal, também conhecido como "1" em termos digitais, para o vidro, ou um "0" em termos digitais. As memórias de microchip são feitas do mesmo material.

"Tudo o que você escreve, gravar ou salvar em seu computador é constantemente codificado em 0s e 1s, "Lucas disse." Então, quando você salva algo, você está basicamente escrevendo um monte de 0s e 1s, ou convertendo pequenas células em seu chip de computador em vidro ou cristal. "

Se você olhou para a parte mais escura do CD com uma lupa, você veria alguns pontos mais claros e outros mais escuros:um leitor de CD converte os cristais reflexivos em 0s e os pedaços de vidro menos reflexivos em 1s, e então traduz esse código para a música, documentos, imagens ou outras informações que um usuário precisa armazenar.

Parte da pesquisa de Lucas envolve a expansão das opções de quais formas os materiais de mudança de fase podem assumir - em vez de os bits serem salvos apenas como totalmente de cristal ou totalmente de vidro, eles podem ser salvos como meio cristal e meio vidro, ou três quartos de um e um quarto do outro.

"Isso pode permitir que os consumidores coloquem 10 vezes mais dados em um CD ou microchip - ou 100 vezes mais dados, "disse ele." No futuro, o que os engenheiros também tentarão fazer é essencialmente replicar a estrutura do cérebro e o mecanismo de troca de informações da maneira que cada neurônio, ou pouco, está em comunicação com todos os outros neurônios no que é chamado de rede neural artificial. "

Pegando a deriva

Esta nova forma de PCM também será responsável por um problema nos materiais atuais conhecido como deriva. É favorável que o material de mudança de fase exista no estado de cristal porque consome menos energia, portanto, a deriva ocorre quando o material originalmente codificado como vidro lentamente se transforma em cristal.

"Se o seu estado foi 75 por cento cristalizado e com o tempo ele se torna 90 por cento cristalizado, então não vai conter as mesmas informações, "Lucas disse." Isso não é bom.

A deriva ocorre porque os materiais de mudança de fase da corrente são frágeis, que, no jargão da ciência de materiais, significa que quando eles fazem a transição do cristal para o vidro, eles se tornam fluidos e menos estáveis ​​em seu estado final. Lucas está trabalhando para criar uma forma de PCM que exibe uma transição de "frágil para forte", o que significa que permanece fluida, ou frágil, enquanto está mudando de fase, e se torna viscoso, ou forte, em seu estado final.

"Em um computador, você quer que seu chip de memória opere muito rápido, o que significa que você deseja que essa mudança seja muito rápida - cerca de um bilhão de vezes por segundo, "Lucas disse." Isso significa que o processo de alternar entre o cristal e o vidro deve ser muito rápido, e isso só pode acontecer tão rápido se os átomos estiverem em um estado muito fluido. Mas quando está esfriando, você deseja que o PCM se torne muito viscoso para formar um bit de memória de vidro que seja estável. "

A estabilidade proporcionada pela transição de frágil para forte é o que permitirá uma gama mais ampla de estados finais para que as tecnologias de memória contenham mais informações, e poderia permitir um processamento ultrarrápido de informações semelhante ao dos neurônios humanos.

Como engenheiro de materiais, Lucas está dando o primeiro passo em direção a esse futuro de rede neural, trabalhando para criar o material no qual ela existirá. Enquanto ele trabalha para diversificar a gama de estados em que o PCM pode existir, ele também diversificará o campo da engenharia:sua pesquisa incluirá um foco específico na orientação de mulheres, Alunos hispânicos e outros alunos pouco representados em ciências, tecnologia, engenharia e matemática.