La nueva tecnología puede contener de 10 a 100 veces más información en un dispositivo y procesarla en un solo lugar. La nueva memoria procesa los datos de forma similar a las sinapsis del cerebro humano. Una característica de la memoria es la conmutación de resistencia, que es capaz de un rango continuo de estados, a diferencia de la memoria tradicional, que tiene sólo dos estados: uno o cero.
Dispositivo prototipo basado en óxido de hafnio, un material ya utilizado en la industria de los semiconductores. La tecnología fue patentada por Cambridge Business Enterprise.
Una posible solución al problema de la memoria de computadora ineficiente es un nuevo tipo de tecnología conocida como memoria de conmutación resistiva. Los dispositivos de memoria convencionales son capaces de tener dos estados: uno o cero. Sin embargo, un dispositivo de memoria de conmutación resistiva que funcione sería capaz de mantener un rango continuo de estados; los dispositivos de memoria de computadora basados en este principio serían capaces de tener una densidad y velocidad mucho mayores.
"Una memoria USB típica basada en un alcance continuo podría contener entre diez y cien veces más información, por ejemplo", afirma Hellenbrand.
Hellenbrand y sus colegas desarrollaron un prototipo de dispositivo basado en óxido de hafnio, un material aislante que ya se utiliza en la industria de los semiconductores. El problema con el uso de este material para aplicaciones de memoria de conmutación resistiva se conoce como problema de uniformidad. A nivel atómico, el óxido de hafnio no tiene estructura, y los átomos de hafnio y oxígeno se mezclan aleatoriamente, lo que dificulta su uso en aplicaciones de memoria.
Sin embargo, los investigadores descubrieron que al agregar bario a películas delgadas de óxido de hafnio, comenzaron a formarse algunas estructuras inusuales, perpendiculares al plano del óxido de hafnio, en el material compuesto.
Estos "puentes" verticales ricos en bario están muy estructurados y permiten el paso de los electrones, mientras que el óxido de hafnio circundante permanece sin estructura. En el punto donde estos puentes se encuentran con los contactos del dispositivo, se creó una barrera de energía que los electrones pueden cruzar. Los investigadores pudieron controlar la altura de esta barrera, lo que a su vez cambia la resistencia eléctrica del material compuesto.
"Esto permite que existan múltiples estados en el material, a diferencia de la memoria convencional que tiene sólo dos estados", dijo Hellenbrand.
A diferencia de otros materiales compuestos, que requieren costosos métodos de fabricación a alta temperatura, estos compuestos de óxido de hafnio se autoensamblan a bajas temperaturas. El material compuesto mostró altos niveles de rendimiento y uniformidad, lo que lo hace muy prometedor para aplicaciones de memoria de próxima generación.
Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de la Universidad, ha presentado una patente sobre la tecnología.
"Lo realmente interesante de estos materiales es que pueden funcionar como una sinapsis en el cerebro: pueden almacenar y procesar información en el mismo lugar, como lo hacen nuestros cerebros, lo que los hace muy prometedores para los campos de rápido crecimiento de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático", afirmó. Helenbrand.
Los investigadores ahora están trabajando con la industria para llevar a cabo estudios de viabilidad más amplios sobre los materiales, con el fin de comprender más claramente cómo se forman las estructuras de alto rendimiento. Dado que el óxido de hafnio es un material que ya se utiliza en la industria de los semiconductores, los investigadores dicen que no sería difícil integrarlo en los procesos de fabricación existentes.
La investigación fue apoyada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), parte de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI).
