Este é um esquema de quatro bits em vários estados on / off. A broca é feita de material de mudança de fase com um tamanho de cerca de 10 nanômetros com eletrodos de nanotubo de carbono. A corrente de programação é 100 vezes menor do que a memória atual de última geração. Crédito:Eric Pop, Universidade de Illinois
Tecnófilos que sempre sonharam com dispositivos móveis que funcionam por mais tempo e mais leves, baterias mais finas podem em breve descobrir que seu desejo foi realizado.
Os engenheiros da Universidade de Illinois desenvolveram uma forma de memória digital de consumo ultrabaixo que é mais rápida e usa 100 vezes menos energia do que a memória disponível semelhante. A tecnologia pode dar aos futuros dispositivos portáteis uma vida útil da bateria muito mais longa entre as cargas.
Liderado pelo professor de engenharia elétrica e da computação Eric Pop, a equipe publicará seus resultados em uma próxima edição da Ciência revista e online no dia 10 de março Science Express.
"Acho que qualquer pessoa que está lidando com muitos carregadores e conectando coisas todas as noites pode se relacionar com o desejo de um telefone celular ou laptop cujas baterias possam durar semanas ou meses, "disse Pop, que também é afiliado ao Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada em Illinois.
A memória flash usada em dispositivos móveis hoje armazena bits como carga, que requer altas tensões de programação e é relativamente lento. A indústria tem explorado com mais rapidez, mas materiais de mudança de fase de maior potência (PCM) como alternativa. Na memória PCM, um pouco é armazenado na resistência do material, que é comutável.
O grupo de Pop reduziu a potência por bit para 100 vezes menos do que a memória PCM existente, concentrando-se em um simples, ainda fator-chave:tamanho.
Em vez do padrão de fios de metal da indústria, o grupo usou nanotubos de carbono, tubos minúsculos com apenas alguns nanômetros de diâmetro - 10, 000 vezes menor que um cabelo humano.
"O consumo de energia é essencialmente dimensionado com o volume do bit de memória, "disse o estudante de graduação Feng Xiong, o primeiro autor do artigo. "Usando contatos em nanoescala, somos capazes de atingir um consumo de energia muito menor. "
Para criar um pouco, os pesquisadores colocam uma pequena quantidade de PCM em uma lacuna em nanoescala formada no meio de um nanotubo de carbono. Eles podem ligar e desligar o bit passando pequenas correntes através do nanotubo.
"Os nanotubos de carbono são os menores condutores eletrônicos conhecidos, "Pop disse." Eles são melhores do que qualquer metal para fornecer um pequeno choque de eletricidade para destruir o bit PCM. "
Os nanotubos também apresentam uma estabilidade extraordinária, pois não são suscetíveis à degradação que pode afetar os fios de metal. Além disso, o PCM que funciona como o bit real é imune ao apagamento acidental de um scanner ou ímã que esteja passando.
Os bits de PCM de baixa potência podem ser usados em dispositivos existentes com um aumento significativo na vida útil da bateria. Agora mesmo, um smartphone usa cerca de um watt de energia e um laptop funciona com mais de 25 watts. Parte dessa energia vai para a tela, mas uma porcentagem crescente é dedicada à memória.
"Sempre que você estiver executando um aplicativo, ou armazenar MP3s, ou streaming de vídeos, está esgotando a bateria, "disse Albert Liao, um estudante de pós-graduação e co-autor. "A memória e o processador estão trabalhando arduamente para recuperar dados. À medida que as pessoas usam seus telefones para fazer menos chamadas e usá-los para mais computação, melhorar as operações de armazenamento e recuperação de dados é importante. "
Pop acredita nisso, junto com melhorias na tecnologia de exibição, a memória PCM nanotubo pode aumentar a eficiência energética de um iPhone para que ele possa funcionar por mais tempo com uma bateria menor, ou até mesmo ao ponto em que poderia funcionar simplesmente colhendo sua própria térmica, energia mecânica ou solar - sem necessidade de bateria.
Três bits de memória paralela com eletrodos de nanotubo de carbono (imagem em cores falsas com base no perfil topográfico da microscopia de força atômica). O bit do meio está no estado "desligado", the other two are “on”. The silicon dioxide substrate is shown in blue. Credit:Eric Pop, Universidade de Illinois
And device junkies will not be the only beneficiaries.
"We're not just talking about lightening our pockets or purses, " Pop said. "This is also important for anything that has to operate on a battery, such as satellites, telecommunications equipment in remote locations, or any number of scientific and military applications."
Além disso, ultra-low-power memory could cut the energy consumption and thus the expense of data storage or supercomputing centers by a large percentage. The low-power memory could also enable three-dimensional integration, a stacking of chips that has eluded researchers because of fabrication and heat problems.
The team has made and tested a few hundred bits so far, and they want to scale up production to create arrays of memory bits that operate together. They also hope to achieve greater data density through clever programming such that each physical PCM bit can program two data bits, called multibit memory.
The team is continuing to work to reduce power consumption and increase energy efficiency even beyond the groundbreaking savings they've already demonstrated.
"Even though we've taken one technology and shown that it can be improved by a factor of 100, we have not yet reached what is physically possible. We have not even tested the limits yet. I think we could lower power by at least another factor of 10, " Pop said.
