La separación de fases, cuando las moléculas se separan como el aceite y el agua, funciona junto con la difusión de oxígeno para ayudar a los memristores (componentes eléctricos que almacenan información mediante resistencia eléctrica) a retener información incluso después de que se corta la energía, según un estudio dirigido recientemente por la Universidad de Michigan.publicadoenAsunto.

Hasta este punto, las explicaciones no han comprendido completamente cómo los memristores retienen información sin unfuente de energía, conocido comomemoria no volátil, porque los modelos y experimentos no coinciden.

"Si bien los experimentos han demostrado que los dispositivos pueden retener información durante más de 10 años, los modelos utilizados en la comunidad muestran que la información sólo se puede retener durante unas pocas horas", dijo Jingxian Li, doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UM y primer autor del estudio.estudiar.

Para comprender mejor el fenómeno subyacente que impulsa la memoria de memristor no volátil, los investigadores se centraron en un dispositivo conocido comomemoria de acceso aleatorio resistivao RRAM, una alternativa a la RAM volátil utilizada en la informática clásica, y los hallazgos son particularmente prometedores para aplicaciones de inteligencia artificial energéticamente eficientes.

La RRAM específica estudiada, unafilamento-memoria de cambio de valencia (VCM), intercala una capa aislante de óxido de tantalio entre dos electrodos de platino.Cuando se aplica un cierto voltaje a los electrodos de platino, un filamento conductor forma un puente de iones de tantalio que pasa a través del aislante hasta los electrodos, lo que permite que la electricidad fluya, poniendo la celda en un estado de baja resistencia que representa un "1" en código binario.Si se aplica un voltaje diferente, el filamento se disuelve al regresarátomos de oxígenoreacciona con los iones de tantalio, "oxidando" el puente conductor y volviendo a un estado de alta resistencia, lo que representa un código binario de "0".

Alguna vez se pensó que RRAM retiene información a lo largo del tiempo porque el oxígeno es demasiado lento para difundirse.Sin embargo, una serie de experimentos revelaron que los modelos anteriores habían descuidado el papel de la separación de fases.

"En estos dispositivos, los iones de oxígeno prefieren estar alejados del filamento y nunca volverán a difundirse, incluso después de un período de tiempo indefinido. Este proceso es análogo a cómo una mezcla de agua y aceite no se mezcla, no importa cuánto tiempo pasemos.espere, porque tienen menor energía en un estado sin mezclar", dijo Yiyang Li, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales de la UM y autor principal del estudio.

Para probar el tiempo de retención, los investigadores aceleraron los experimentos aumentando la temperatura.Una hora a 250°C equivale a unos 100 años a 85°C, la temperatura típica de un chip de computadora.

Utilizando imágenes de microscopía de fuerza atómica de altísima resolución, los investigadores tomaron imágenes de filamentos, que miden sólo unos cinco nanómetros o 20 átomos de ancho, formándose dentro del dispositivo RRAM de un micrón de ancho.

"Nos sorprendió poder encontrar el filamento en el dispositivo. Es como encontrar una aguja en un pajar", dijo Li.

El equipo de investigación descubrió que filamentos de diferentes tamaños producían un comportamiento de retención diferente.Los filamentos de menos de 5 nanómetros se disolvieron con el tiempo, mientras que los filamentos de más de 5 nanómetros se fortalecieron con el tiempo.La diferencia basada en el tamaño no puede explicarse únicamente por la difusión.

En conjunto, los resultados experimentales y los modelos que incorporan principios termodinámicos demostraron que la formación y la estabilidad de los filamentos conductores dependen de la separación de fases.

El equipo de investigación aprovechó la separación de fases para extender la retención de la memoria de un día a más de 10 años en un chip de memoria ultrarrápido, un dispositivo de memoria construido para resistir la exposición a la radiación para su uso en la exploración espacial.

Otras aplicaciones incluyen computación en memoria para aplicaciones de IA más eficientes energéticamente o dispositivos de memoria para piel electrónica: una interfaz electrónica extensible diseñada para imitar las capacidades sensoriales de la piel humana.También conocido como e-skin, este material podría usarse para proporcionar retroalimentación sensorial aprótesis de extremidades, crear nuevos rastreadores de actividad física portátiles o ayudar a los robots a desarrollar sensores táctiles para tareas delicadas.

"Esperamos que nuestros hallazgos puedan inspirar nuevas formas de utilizar la separación de fases para crear dispositivos de almacenamiento de información", dijo Li.

Investigadores de Ford Research, Dearborn;Laboratorio Nacional Oak Ridge;Universidad de Albany;NY CREA;Laboratorios Nacionales Sandia;y la Universidad Estatal de Arizona, Tempe contribuyeron a este estudio.El dispositivo fue construido en la Instalación de Nanofabricación de Lurie y estudiado en el Centro de Caracterización de Materiales de Michigan.