Imagine un futuro en el que su teléfono, computadora o incluso un pequeño dispositivo portátil pueda pensar y aprender como un cerebro humano: procesar información más rápido, mejor y utilizando menos energía.
Un enfoque innovador desarrollado en la Universidad de Flinders y la UNSW Sydney acerca esta visión a la realidad al “torcer” eléctricamente una única pared de dominio ferroeléctrico a nanoescala.
Las paredes de dominio son límites casi invisibles y extremadamente pequeños (1-10 nm) que se producen de forma natural o incluso pueden inyectarse o borrarse dentro de un cristal aislante especial llamado ferroeléctrico. Las paredes de dominio dentro de estos cristales separan regiones con diferentes orientaciones de carga unida.
Más importante aún, estos pequeños límites pueden actuar como canales para regular el flujo de electrones mientras aún están incrustados en cristales aislantes y, por lo tanto, almacenar y procesar información como el potencial del cerebro humano, dice el Dr. Pankaj Sharma, profesor titular de física en la Universidad de Flinders. , autor principal y correspondiente de un nuevo artículo de la American Chemical Society (ACS).
¿Por qué importa? Los investigadores dicen que los dispositivos que imitan el cerebro humano permiten un procesamiento más rápido de grandes cantidades de información y utilizan mucha menos energía que las computadoras digitales actuales, especialmente para tareas como el reconocimiento de imágenes y voz.
“Con este nuevo diseño, estas paredes de dominio ferroeléctrico en materiales ferroeléctricos cristalinos están preparadas para alimentar una nueva generación de dispositivos de memoria programables, acercándonos a una electrónica más rápida, más ecológica e inteligente”, afirma el Dr. Sharma. “Nuestros resultados confirman la promesa de las paredes de dominio ferroeléctrico para aplicaciones informáticas neuromórficas y en memoria inspiradas en el cerebro basadas en dispositivos ferroeléctricos integrados”.
“En nuestra investigación, se inyecta una única pared de dominio ferroeléctrico como control y se diseña para imitar el comportamiento de la memoria. Al aplicar campos eléctricos, podemos controlar la forma y la posición de esta única pared. Doblarla con cuidado, provocando que se retuerza y se caliente”.
“Este movimiento controlado provoca cambios en las propiedades electrónicas de la pared, desbloqueando su capacidad para almacenar y procesar datos en diferentes niveles”.
Una nueva investigación muestra cómo las paredes del dominio ferroeléctrico que rodean dos dispositivos terminales (ver imagen a continuación) pueden actuar como “memristores”, dispositivos que pueden almacenar información en diferentes niveles y pueden recordar la historia de su actividad eléctrica, como las sinapsis en el cerebro humano. .
“La clave reside en la interacción entre la sujeción de la superficie de la pared (donde está fijada) y la libertad de doblarse o deformarse profundamente dentro del material”, dice el autor, profesor de la UNSW, John Seidel.
“Estos giros controlados crean un espectro de estados electrónicos, permiten el almacenamiento de datos en múltiples niveles y eliminan la necesidad de inyecciones o borrados repetidos en la pared, lo que hace que los dispositivos sean más estables y confiables”, dice.
Utilizando microscopía avanzada y modelado de campo de fase teórica, esta investigación descubre la física detrás de estas transiciones electrónicas inducidas por deformación en las paredes del dominio.
El autor de la UNSW, el profesor Velanur Nagarajan, añadió: “Estos nuevos dispositivos de pared de dominio altamente reproducibles y energéticamente eficientes podrían revolucionar la computación neuromórfica, sistemas inspirados en el cerebro que prometen remodelar la inteligencia artificial y el procesamiento de datos”.
