p Os pesquisadores usaram um modelo avançado para simular em detalhes sem precedentes o funcionamento de "células de comutação de resistência" que podem substituir a memória convencional para aplicações eletrônicas, com o potencial de trazer memória de computador mais rápida e de maior capacidade, consumindo menos energia. p Essas "células de metalização" eletromecânicas mudam rapidamente de alta resistência para baixa resistência - uma operação de dois estados que poderia ser usada para representar os uns e zeros no código binário necessário para executar comandos de software e armazenar informações em computadores.

p Pesquisadores da Purdue University desenvolveram um novo método para simular os processos eletroquímicos que governam a operação com detalhes atomísticos. Os pesquisadores usaram o modelo para simular o desempenho de um tipo de células de comutação de resistência, também chamadas de células de ponte condutiva.

p "Apesar de sua importância, os mecanismos que governam suas propriedades notáveis ​​foram mal compreendidos, limitando nossa capacidade de avaliar o desempenho final e o potencial de comercialização, "disse Alejandro Strachan, professor de engenharia de materiais em Purdue. "Agora, uma compreensão mecanicista de nível atômico do processo de comutação fornece novas diretrizes para a otimização de materiais. "

p As células de comutação de resistência estão sendo consideradas como uma possível substituição para a memória não volátil atual, que está atingindo seus limites tecnológicos e também poderia ser usado para aplicações lógicas. As células de ponte condutiva podem mudar em questão de nanossegundos - tornando-as potencialmente capazes de operação ultrarrápida - e são extremamente pequenas, possivelmente permitindo mais compacto, poderosa memória de computador, Strachan disse.

p As descobertas são detalhadas em um artigo de pesquisa publicado esta semana no jornal Materiais da Natureza . O artigo foi de autoria de Purdue, pesquisador associado de pós-doutorado, Nicolas Onofrio, estudante de graduação David Guzman e Strachan.

p Os dispositivos contêm dois eletrodos metálicos separados por um dielétrico, ou material isolante. À medida que uma tensão é aplicada, o eletrodo ativo - feito de cobre neste caso - se dissolve no dielétrico e os íons começam a se mover em direção ao eletrodo inativo. Esses íons eventualmente formam um filamento condutor que conecta os dois eletrodos, reduzindo a resistência elétrica. Quando a tensão é invertida, os filamentos quebram, voltando ao estado de alta resistência. Um gif animado mostrado neste vídeo descreve a ação:

p Os pesquisadores foram capazes de simular pela primeira vez o que acontece no tamanho real em nanoescala e regimes de tempo dos dispositivos, produzindo novas informações sobre como os filamentos se formam e se quebram. As descobertas fornecem novos insights sobre as reações eletroquímicas que levam à formação dos filamentos e sua ruptura, prever a operação ultrarrápida observada em experimentos anteriores com dispositivos maiores, com a mudança tão rápida quanto alguns nanossegundos.

p O surgimento de tais simulações avançadas está tornando possível prever o comportamento preciso e o desempenho de novos dispositivos antes de serem construídos, uma meta da Materials Genome Initiative formada em 2011.

p “O objetivo do MGI é descobrir, desenvolver e implantar materiais duas vezes mais rápido pela metade do custo, "Strachan disse." Agora leva 20 anos desde o momento em que descobrimos um material em um laboratório até colocá-lo em um produto, e isso é muito longo. Prevemos que as próximas décadas testemunharão uma revolução com a incorporação de simulação multiescala e experimentos, levando a ganhos dramáticos em desempenho e redução em custos e tempo de desenvolvimento. "

p A pesquisa é baseada no Birck Nanotechnology Center no Purdue's Discovery Park e é afiliada à Network for Computational Nanotechnology, o Centro de Materiais e Dispositivos Preditivos (c-PRIMED) e nanoHUB. As simulações são realizadas em supercomputadores por meio de Tecnologia da Informação da divisão de computação de pesquisa da Purdue (ITaP).

p Este trabalho foi apoiado pelo FAME Center, um dos seis centros da STARnet, um programa da Semiconductor Research Corporation patrocinado pela MARCO e DARPA e pela Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA.

p Trabalhos futuros envolverão pesquisas para encontrar melhores materiais para os dispositivos.