Novos materiais foto-ferroelétricos permitem o armazenamento de informações de forma não volátil por meio de estímulos luminosos. A ideia é criar dispositivos de memória com baixo consumo de energia, alto desempenho e versatilidade para enfrentar os desafios atuais. O estudo foi publicado em Nature Communications por Josep Fontcuberta e colaboradores e abre um caminho para novas investigações sobre este fenômeno e para aplicações de computação neuromórfica.

Você pode se imaginar controlando as propriedades de um material apenas iluminando-o? Estamos acostumados a ver que a temperatura dos materiais aumenta quando expostos ao sol. Mas a luz também pode ter efeitos mais sutis. De fato, fótons de luz podem criar pares de portadores de carga gratuitos em materiais isolantes. Este é o princípio básico dos painéis fotovoltaicos que usamos para coletar energia elétrica do sol.

Em uma nova reviravolta, uma mudança induzida pela luz nas propriedades dos materiais pode ser usada em dispositivos de memória, permitindo armazenamento mais eficiente de informações e acesso e computação mais rápidos. Esse, na verdade, é um dos desafios atuais da nossa sociedade:ser capaz de desenvolver dispositivos eletrônicos comercialmente disponíveis de alto desempenho que sejam, ao mesmo tempo, energia eficiente. Dispositivos eletrônicos menores com menor consumo de energia e alto desempenho e versatilidade são o objetivo.

Armazenamento de memória não volátil

Agora, pesquisadores do grupo Multifunctional Thin Films and Complex Structures (MULFOX) do ICMAB estudaram materiais ferroelétricos fotorresponsivos integrados em dispositivos que exploram nanotecnologias e efeitos quânticos. Os elementos de memória foram projetados para armazenar informações não voláteis em estados de resistência distintos (ON / OFF). Foi descoberto que, quando devidamente projetado, sua resistência elétrica pode ser modulada por luz pulsada. Isso significa que eles podem passar de um estado de baixa resistência para um estado de alta resistência apenas pela aplicação de pulsos de luz.

"Os materiais que mostram mudanças de resistência sob iluminação são abundantes, embora o efeito seja normalmente volátil e o material recupere seu estado inicial após algum tempo de permanência, "diz o pesquisador do ICMAB Ignasi Fina, co-autor do estudo. "Para dispositivos a serem usados ​​em computação e armazenamento de dados, o controle óptico não volátil da resistência elétrica é de interesse potencial, "e adiciona" para não volátil, queremos dizer que as informações podem ser retidas e armazenadas no dispositivo, mesmo quando a energia está desligada. "

Dois em um:materiais foto-ferroelétricos

Atualmente, dois dispositivos diferentes são necessários para usar sinais ópticos para armazenamento de dados não voláteis:um sensor optoeletrônico e um dispositivo de memória. O estudo do ICMAB apresenta essas propriedades combinadas em um único material capaz de modular sua resistência por luz pulsada:um material foto-ferroelétrico.

Os materiais ferroelétricos têm polarização elétrica não volátil espontânea eletricamente comutável. Em filmes ultrafinos ferroelétricos de tal material imprensado entre metais apropriados, um efeito de fenômeno da mecânica quântica aparece chamado de corrente de tunelamento. Este efeito permite um fluxo de corrente de carga através da camada ferroelétrica, que é genuinamente isolante, em uma quantidade que depende da direção de sua polarização.

Nos dispositivos em questão, primeiro, um campo elétrico é usado uma vez para escrever os estados ON / OFF, e é combinado com o estímulo óptico para promover a mudança de estados ON / OFF, e modular reversivelmente a resistência (de alta para baixa, e vice versa).

Dispositivos e aplicativos com eficiência energética

Esses dispositivos são eficientes em termos de energia por duas razões principais:em primeiro lugar, o consumo de energia é reduzido quando o estado da memória é escrito, pois não precisa de nenhum fluxo de corrente de carga. Em segundo lugar, como as informações são armazenadas de forma não volátil, o estado é preservado e não há necessidade de atualizar as informações (reescrever), como é feito continuamente nas memórias RAM atuais de todos os computadores, por exemplo.

A chave óptica observada não se restringe aos materiais estudados e, portanto, abre caminho para novas investigações sobre este fenômeno.

Quanto a futuras aplicações, Ignasi Fina prevê o seguinte:"Os dispositivos estudados combinam funções de sensor de luz e memória. Além disso, como mostrado no estudo, o dispositivo se comporta como um memristor. Um memristor é um dispositivo que pode exibir vários estados de resistência de acordo com o estímulo que recebeu, e é um dos dispositivos básicos para o desenvolvimento de sistemas de computação neuromórficos. Portanto, o dispositivo desenvolvido abre um caminho a ser explorado em relação à sua integração em sistemas de visão neuromórfica, onde o sistema aprende a reconhecer imagens. "

O estudo foi publicado em Nature Communications .