La electrónica moderna alimenta todo, desde teléfonos inteligentes hasta satélites, pero todos comparten una limitación importante. el calor Una vez que la temperatura sube por encima de unos 200 °C, la mayoría de los dispositivos comienzan a estropearse. Durante décadas, esta barrera térmica ha sido uno de los desafíos de ingeniería más difíciles.
Los investigadores de la Universidad del Sur de California creen ahora haber encontrado una manera de superar ese límite.
En un estudio publicado el 26 de marzo de 2026 cienciaJoshua Yang, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC y el Departamento Ming Hsieh de la Escuela de Computación Avanzada de la USC, Arthur B. Un equipo dirigido por la Cátedra Freeman, ha presentado un nuevo tipo de dispositivo de memoria que funciona a temperaturas de hasta 700 grados Celsius (~1300 grados). Esta temperatura supera la de la lava fundida y es mucho más alta que cualquier temperatura alcanzada anteriormente para esta clase de tecnología. El dispositivo no mostró signos de falla. De hecho, 700 grados era sólo el máximo que su equipo podía probar.
“Se podría llamarlo una revolución”, dijo Young. “Esta es la mejor memoria de alta temperatura jamás demostrada”.
Un memristor construido para calor extremo
El nuevo dispositivo se conoce como memristor, un material a nanoescala que puede almacenar y calcular datos. Está construido como una estructura microscópica en capas, con dos electrodos a cada lado y una fina capa de cerámica en el medio.
Jian Zhao, primer autor del estudio, construyó el dispositivo utilizando tungsteno para el electrodo superior, cerámica de óxido de hafnio en el medio y grafeno para la capa inferior. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de cualquier material, mientras que el grafeno, una lámina de carbono de un solo átomo de espesor, es conocida por su excepcional resistencia y resistencia al calor.
Esta combinación produjo un rendimiento extraordinario. El dispositivo retiene datos durante más de 50 horas a 700 grados sin necesidad de actualizarlo. Resiste más de mil millones de ciclos de conmutación a esa temperatura y funciona a sólo 1,5 voltios con velocidades medidas en decenas de nanosegundos.
Un avance inesperado
El descubrimiento no formaba parte del plan original del equipo. Inicialmente intentaron desarrollar un dispositivo diferente basado en grafeno, pero no funcionó como se esperaba. En el camino se encontraron con algo sorprendente.
“Para ser honesto, ocurrió por accidente, como ocurre con la mayoría de los descubrimientos”, dijo Yang. “Si se puede predecir, normalmente no es sorprendente y probablemente no sea lo suficientemente significativo”.
Una investigación más profunda reveló por qué el dispositivo funcionó tan bien. En la electrónica convencional, el calor hace que los átomos metálicos del electrodo superior migren lentamente a través de la capa cerámica. Finalmente, llegan al electrodo inferior, creando una conexión permanente que provoca un cortocircuito en el dispositivo y lo bloquea en el estado encendido.
El grafeno previene este fallo. Su interacción con el tungsteno es, como describe Yang, como la del aceite y el agua. Los átomos de tungsteno que se acercan a la superficie del grafeno no pueden adherirse a ella. Sin un punto estable al que fijarse, se separan en lugar de formar un puente conductor. Previene cortocircuitos y preserva la funcionalidad del dispositivo incluso en condiciones de calor extremo.
Los investigadores confirmaron este proceso mediante microscopía electrónica avanzada, espectroscopia y simulaciones a nivel cuántico. Al comprender lo que sucede en la interfaz atómica, convirtieron un resultado inesperado en un principio que puede guiar diseños futuros. Se pueden identificar otros materiales con propiedades superficiales similares, lo que puede ayudar a escalar la tecnología para la producción industrial.
Aplicaciones en ambientes extremos
La electrónica capaz de funcionar por encima de los 500 grados Celsius ha sido durante mucho tiempo un objetivo de la exploración espacial. Por ejemplo, Venus tiene temperaturas superficiales cercanas a ese nivel, y todos los módulos de aterrizaje enviados allí han fallado un poco debido al calor extremo. Los chips actuales basados en silicio no pueden sobrevivir a tales condiciones.
“Ahora estamos a más de 700 grados y sospechamos que aumentará”, dijo Young.
Las aplicaciones potenciales van más allá de las misiones espaciales. Los sistemas de energía geotérmica requieren componentes electrónicos que puedan funcionar a gran profundidad, donde la roca circundante puede arder al rojo vivo. Los sistemas nucleares y de fusión también exponen los equipos a un calor intenso. Incluso en entornos cotidianos, la durabilidad mejora significativamente. Un dispositivo con capacidad para 700 grados será extremadamente robusto a temperaturas de aproximadamente 125 grados que a menudo se alcanzan dentro de la electrónica automotriz.
Por qué esto es importante para la inteligencia artificial
Además del almacenamiento de datos, el dispositivo ofrece una gran ventaja para la inteligencia artificial. Muchos sistemas de IA dependen en gran medida de la multiplicación de matrices, una operación matemática utilizada en tareas como el reconocimiento de imágenes y el procesamiento del lenguaje. Las computadoras tradicionales realizan estos cálculos paso a paso, consumiendo grandes cantidades de energía.
Los memristores abordan el problema de manera diferente. Utilizando la ley de Ohm, donde el voltaje multiplicado por la conductancia es igual a la corriente, el dispositivo calcula directamente cuándo fluye la corriente a través de él. Los resultados se obtienen inmediatamente ya que la medición está actualizada.
“Más del 92 por ciento de la computación en sistemas de inteligencia artificial como ChatGPT no es más que multiplicación de matrices”, dijo Yang. “Un dispositivo de este tipo puede realizar órdenes de magnitud de la manera más eficiente, rápida y con baja potencia”.
Yang y tres de los coautores del estudio (Kiangfei Xia, Miao Hu y Ning Jie) ya cofundaron una empresa llamada TetraMem para comercializar chips de IA basados en memristores a temperatura ambiente. Su laboratorio ya utiliza chips funcionales de TetraMem para tareas de aprendizaje automático. La versión de alta temperatura descrita en este estudio podría extender esas capacidades a entornos donde la electrónica tradicional no puede operar, permitiendo que dispositivos como naves espaciales o sensores industriales procesen datos directamente en el sitio.
De prototipos de laboratorio a tecnología del mundo real
A pesar de los resultados prometedores, Yang destaca que las aplicaciones prácticas aún están lejos. La memoria es sólo una parte de un sistema informático completo. También es necesario desarrollar e integrar circuitos lógicos de alta temperatura. Además, los dispositivos actuales se fabricaron manualmente a muy pequeña escala en un laboratorio, por lo que la fabricación a escala llevaría tiempo.
“Este es el primer paso”, dijo Young. “Todavía queda un largo camino por recorrer. Pero, lógicamente, se ve: ahora lo hace posible. Se ha creado el elemento que faltaba”.
Desde una perspectiva de fabricación, los dos materiales utilizados en el dispositivo, tungsteno y óxido de hafnio, ya se utilizan ampliamente en la fabricación de semiconductores. El grafeno es nuevo, pero grandes empresas como TSMC y Samsung lo están desarrollando activamente y ya se produce a escala de oblea en entornos de investigación.
Un paso hacia una nueva frontera
El trabajo se llevó a cabo a través del Centro de Concreto, el Centro de Computación Neuromórfica en Ambientes Extremos, un centro de excelencia multiuniversitario dirigido por la USC y apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. El trabajo experimental original se realizó en colaboración con el equipo del Dr. Sabyasachi Ganguly en el Laboratorio de Materiales AFRL en Dayton, Ohio, mientras que el análisis teórico involucró a investigadores de la USC y colaboradores de la Universidad de Kumamoto en Japón.
Para jóvenes, públicos ciencia Refleja más que un solo logro.
“La exploración espacial nunca ha sido tan real, tan cercana y a tan gran escala”, afirmó. “Este artículo representa un salto crítico hacia una frontera más grande y emocionante”.
