La memoria de las computadoras algún día podría usarse en reactores de fusión, motores a reacción, pozos geotérmicos y planetas en aceleración, un nuevo dispositivo de memoria de estado sólido desarrollado por un equipo de ingenieros dirigido por la Universidad de Michigan.
A diferencia de la memoria tradicional basada en silicio, el nuevo dispositivo puede almacenar y reescribir información a temperaturas superiores a 1100°F (600°C), más calientes que la superficie de Venus y la temperatura de fusión del plomo. Fue desarrollado en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional Sandia.
“Esto podría habilitar dispositivos electrónicos que no existían antes para aplicaciones de alta temperatura”, dijo Yang Li, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales de la UM y autor principal del estudio, que se publicó hoy en Cell Published in the Press. Dispositivo de diario.
“Hasta ahora, hemos construido un dispositivo que tiene poco equivalente a otras demostraciones de memoria de computadora de alta temperatura. Con mayor desarrollo e inversión, en teoría podría contener megabytes o gigabytes de datos”.
Sin embargo, existe una desventaja para los dispositivos que no están a temperaturas extremas todo el tiempo: solo se puede escribir nueva información en el dispositivo por encima de 500°F (250°C). Aún así, los investigadores sugieren que un calentador podría resolver el problema de los dispositivos que deben funcionar a bajas temperaturas.
La memoria tolerante al calor proviene del movimiento de átomos de oxígeno cargados negativamente en lugar de electrones. Cuando se calientan por encima de 300°F (150°C), los semiconductores convencionales basados en silicio comienzan a conducir niveles incontrolados de corriente. Debido a que la electrónica está diseñada precisamente para niveles de corriente específicos, las altas temperaturas pueden borrar información de la memoria de un dispositivo. Pero los iones de oxígeno dentro del dispositivo de los investigadores no se ven afectados por el calor.
Se mueven entre las dos capas de la memoria (el óxido de tantalio semiconductor y el tantalio metálico) a través de un electrolito sólido que actúa como una barrera impidiendo que otras cargas se muevan entre las capas. Los iones de oxígeno son guiados a través de una serie de tres electrodos de platino que controlan si el oxígeno entra o sale del óxido de tantalio. Todo el proceso es similar a cómo se carga y descarga una batería. Sin embargo, en lugar de almacenar energía, este proceso electroquímico se utiliza para almacenar información.
Una vez que los átomos de oxígeno abandonan la capa de óxido de tantalio, queda una pequeña región de tantalio metálico. Al mismo tiempo, una capa de óxido de tantalio recubre de manera similar la capa de metal de tantalio en el lado opuesto de la barrera. Las capas de tantalio y óxido de tantalio no se mezclan como el aceite y el agua, por lo que estas nuevas capas no volverán a su estado original a menos que se invierta el voltaje.
Dependiendo del contenido de oxígeno del óxido de tantalio, puede actuar como aislante o conductor, lo que permite que el material cambie entre dos estados de voltaje diferentes que representan 0 y 1 digitales. Un mejor control del gradiente de oxígeno puede permitir la computación en memoria, con más de 100 estados de resistencia en lugar de un simple binario. Este enfoque puede ayudar a reducir la demanda de electricidad.
“Hay mucho interés en utilizar la IA para mejorar la vigilancia en estos entornos extremos, pero requieren chips de procesador robustos que funcionen con mucha energía, y muchos presupuestos de energía en estos entornos extremos son difíciles”, dijo Alec Tallon. Científico principal del Departamento de Química, Combustión y Ciencia de Materiales de los Laboratorios Nacionales Sandia y coautor del estudio.
“Los chips informáticos en memoria pueden ayudar a procesar algunos de esos datos antes de que lleguen a los chips de IA y reducir el consumo general de energía del dispositivo”.
El estado de la información se puede almacenar por encima de 1100 °F durante más de 24 horas. Si bien este nivel de tolerancia al calor es comparable al de otros materiales desarrollados para memorias regrabables de alta temperatura, el nuevo dispositivo presenta otras ventajas. Puede funcionar a voltajes más bajos que algunas de las principales alternativas (a saber, la memoria ferroeléctrica y los nanoespacios de electrodos de platino policristalinos) y proporcionar más estados analógicos para la computación en memoria.
Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Sandia y la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Michigan. El dispositivo fue fabricado en la Instalación de Nanofabricación de Lowry y estudiado en el Centro de Caracterización de Materiales de Michigan.
Los autores han presentado una patente basada en este trabajo ante la Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU. y están buscando socios para llevar esta tecnología al mercado.
