p Os chips de memória em telefones, laptops e outros dispositivos eletrônicos precisam ser pequenos, rápido e consuma o mínimo de energia possível. Por anos, os chips de silício cumpriram essa promessa. p Mas, para estender drasticamente a vida útil da bateria de dispositivos móveis, e para criar data centers que usam muito menos energia, engenheiros estão desenvolvendo chips de memória baseados em novos nanomateriais com recursos que o silício não consegue igualar.

p Em três experimentos recentes, Os engenheiros de Stanford demonstram materiais e tecnologias pós-silício que armazenam mais dados por polegada quadrada e usam uma fração da energia dos chips de memória atuais.

p O fio condutor em todos os três experimentos é o grafeno, um material extraordinário isolado há uma década, mas que tinha, até agora, relativamente poucas aplicações práticas em eletrônica.

p Um parente purificado de grafite, o grafeno é formado quando os átomos de carbono se unem em folhas com apenas um átomo de espessura. O grafeno fino como átomo é mais forte do que o aço, tão condutivo quanto o cobre e tem propriedades térmicas úteis na eletrônica em nanoescala.

p “O grafeno é a estrela desta pesquisa, "disse Eric Pop, professor associado de engenharia elétrica e colaborador de dois dos três projetos de memória. "Com essas novas tecnologias de armazenamento, seria concebível projetar um smartphone que pudesse armazenar 10 vezes mais dados, usando menos bateria, do que a memória que usamos hoje. "

p Professor H.-S. Philip Wong e Pop lideraram um grupo internacional de colaboradores que descrevem três tecnologias de memória centradas no grafeno em artigos separados na Nature Communications, Nano Letras e Letras de Física Aplicada.

p Embora os consumidores possam apreciar a aplicação móvel dessas novas tecnologias, os engenheiros acham que os chips de memória pós-silício também podem transformar os farms de servidores que devem armazenar e fornecer acesso rápido às vastas quantidades de dados armazenados na nuvem.

p "O armazenamento de dados tornou-se um fator significativo, grande consumidor de eletricidade, e novas tecnologias de memória de estado sólido como essas também podem transformar a computação em nuvem, "Wong disse.

p Reforma da memória

p Os chips de memória armazenam dados como uma sequência de uns e zeros. Hoje, a maioria dos chips de memória são baseados em silício, e vêm em dois tipos básicos - voláteis e não voláteis. Memória volátil, como memória de acesso aleatório (RAM), oferece armazenamento rápido, mas temporário. Quando a energia é desligada, os zeros e uns desaparecem.

p Memória não volátil, como a memória flash em telefones celulares, é lento, mas estável. Mesmo que a bateria acabe, os dados permanecem.

p Os engenheiros liderados por Stanford mostram como criar memória com a velocidade da RAM e a persistência do flash usando novos materiais e tecnologias que requerem menos energia do que o silício para armazenar zeros e uns.

p Na Nature Communications, Wong trabalhou com seu colega de pós-doutorado Seunghyun Lee e o candidato a PhD Joon Sohn em uma técnica conhecida como memória de acesso aleatório resistiva, ou RRAM para breve.

p Em chips RRAM, minúsculos choques de eletricidade alternam certos óxidos de metal entre os estados resistivo e condutivo. Quando os óxidos de metal resistem ao fluxo de elétrons, isso cria um zero. Quando os materiais conduzem elétrons, esse é um. RRAM é rápido, como memória de silício volátil, mas, como a memória flash, retém os dados armazenados quando a energia é desligada.

p Este trabalho demonstra a possibilidade de construir RRAM não voláteis enquanto armazena dados densamente sem consumir mais energia.

p Novas fases da memória

p Em dois outros jornais, publicado em Cartas de Física Aplicada e Nano Letras , Pop e Wong lideraram equipes de pesquisa que usaram o grafeno para fazer avanços com uma abordagem de armazenamento diferente, mas conceitualmente semelhante, chamada memória de mudança de fase.

p Na memória de mudança de fase, um pequeno choque elétrico causa uma liga de germânio, antimônio e telúrio para mudar sua estrutura atômica. Uma sacudida ajusta os átomos em um regular, estrutura cristalina que permite que os elétrons fluam, notado como digital. Um segundo choque torna a estrutura irregular, ou amorfo, criando um zero. Cada sacudida alterna rapidamente o material de mudança de fase de um para zero. Como RRAM, ele retém seus dados armazenados quando a energia é desligada.

p No artigo do Applied Physics Letters, Pop liderou uma equipe que incluiu ex-alunos da Universidade de Illinois Urbana-Champaign e colaboradores das Universidades de Modena e Bolonha, na Itália. Eles usaram fitas de grafeno como eletrodos ultrafinos para cruzar células de memória de mudança de fase, como espetos espetando marshmallows. Esta configuração também explorou a borda atomicamente fina do grafeno para empurrar a corrente para o material, e mudar sua fase, novamente de uma maneira extremamente eficiente em termos de energia.

p No artigo da Nano Letters, Pop e Wong usaram as propriedades elétricas e térmicas do grafeno em um chip de memória de mudança de fase. Contudo, em uma torção, aqui eles usaram a superfície da folha de grafeno para contatar a liga com memória de mudança de fase. Em essência, o grafeno evitou que o calor vazasse do material de mudança de fase, criando uma célula de memória com maior eficiência energética.

p Esses estudos mostram que o grafeno está longe de ser uma curiosidade de laboratório, Pop e Wong dizem. O material elétrico é único, propriedades térmicas e atomicamente finas podem ser utilizadas para criar armazenamento de dados com maior eficiência energética. Essas propriedades não existem no mundo do silício, ainda assim, pode transformar a maneira como armazenamos e acessamos nossos dados digitais no futuro.