Um esquema mostra a estrutura em camadas do óxido de tântalo, Grafeno e platina multicamadas usados para um novo tipo de memória desenvolvido na Rice University. O dispositivo de memória supera problemas de diafonia que causam erros de leitura em outros dispositivos. Crédito:Tour Group / Rice University
Cientistas da Rice University criaram uma tecnologia de memória de estado sólido que permite o armazenamento de alta densidade com uma incidência mínima de erros de computador.
As memórias são baseadas em óxido de tântalo, um isolante comum em eletrônica. Aplicando voltagem a um sanduíche de grafeno com 250 nanômetros de espessura, tântalo, o óxido de tântalo nanoporoso e a platina criam bits endereçáveis onde as camadas se encontram. As tensões de controle que alteram os íons de oxigênio e as vacâncias alternam os bits entre uns e zeros.
A descoberta do laboratório de arroz do químico James Tour pode permitir memórias de matriz de barras transversais que armazenam até 162 gigabits, muito mais alto do que outros sistemas de memória baseados em óxidos sob investigação por cientistas. (Oito bits equivalem a um byte; uma unidade de 162 gigabits armazenaria cerca de 20 gigabytes de informações.)
Os detalhes aparecem online no jornal American Chemical Society Nano Letras .
Como a descoberta anterior do Laboratório de turismo de memórias de óxido de silício, os novos dispositivos requerem apenas dois eletrodos por circuito, tornando-os mais simples do que as memórias flash atuais que usam três. "Mas esta é uma nova maneira de fazer ultradenso, memória não volátil do computador, "Tour disse.
As memórias não voláteis mantêm seus dados mesmo quando a energia está desligada, ao contrário de memórias de computador de acesso aleatório voláteis que perdem seu conteúdo quando a máquina é desligada.
Uma estrutura em camadas de óxido de tântalo, o grafeno e a platina multicamadas são a base para um novo tipo de memória desenvolvido na Rice University. O dispositivo de memória visto nesta imagem do microscópio eletrônico supera os problemas de diafonia que causam erros de leitura em outros dispositivos. Crédito:Tour Group / Rice University
Os chips de memória modernos têm muitos requisitos:eles precisam ler e gravar dados em alta velocidade e reter o máximo possível. Eles também devem ser duráveis e mostrar uma boa retenção dos dados, usando o mínimo de energia.
Tour disse que o novo design de Rice, que requer 100 vezes menos energia do que os dispositivos atuais, tem potencial para acertar todas as marcas.
"Esta memória de tântalo é baseada em sistemas de dois terminais, então está tudo pronto para pilhas de memória 3-D, "disse ele." E nem precisa de diodos ou seletores, tornando-se uma das memórias ultradensas mais fáceis de construir. Este será um verdadeiro competidor para as crescentes demandas de memória em armazenamento de vídeo de alta definição e matrizes de servidor. "
A estrutura em camadas consiste em tântalo, óxido de tântalo nanoporoso e grafeno multicamadas entre dois eletrodos de platina. Ao fazer o material, os pesquisadores descobriram que o óxido de tântalo gradualmente perde íons de oxigênio, mudando de um rico em oxigênio, semicondutor nanoporoso na parte superior a pobre em oxigênio na parte inferior. Onde o oxigênio desaparece completamente, torna-se puro tântalo, um metal.
Os pesquisadores determinaram que três fatores relacionados dão às memórias sua capacidade única de comutação.
Primeiro, a tensão de controle medeia como os elétrons passam por um limite que pode mudar de um contato ôhmico (a corrente flui em ambas as direções) para um contato Schottky (a corrente flui em uma direção) e vice-versa.
Segundo, a localização da fronteira pode mudar com base nas vagas de oxigênio. Esses são "buracos" em matrizes atômicas onde deveriam existir íons de oxigênio, mas não. O movimento controlado por voltagem de vacâncias de oxigênio muda o limite da interface de tântalo / óxido de tântalo para a interface de óxido de tântalo / grafeno. “A troca de barreiras de contato causa a comutação bipolar, "disse Gunuk Wang, autor principal do estudo e ex-pesquisador de pós-doutorado na Rice.
Terceiro, o fluxo de corrente atrai íons de oxigênio dos nanoporos de óxido de tântalo e os estabiliza. Esses íons carregados negativamente produzem um campo elétrico que efetivamente serve como um diodo para impedir a diafonia causadora de erros. Embora os pesquisadores já soubessem o valor potencial do óxido de tântalo para as memórias, essas matrizes foram limitadas a cerca de um kilobyte porque as memórias mais densas sofrem de crosstalk que permite que os bits sejam lidos incorretamente.
O grafeno tem uma função dupla como barreira que impede que a platina migre para o óxido de tântalo e cause um curto-circuito.
Tour disse que as memórias de óxido de tântalo podem ser fabricadas em temperatura ambiente. Ele observou que a tensão de controle que grava e reescreve os bits é ajustável, que permite uma ampla gama de características de comutação.
Wang disse que os obstáculos restantes para a comercialização incluem a fabricação de um dispositivo de barra transversal densa o suficiente para lidar com bits individuais e uma maneira de controlar o tamanho dos nanoporos.
