¿Alguna vez ha sentido que su teléfono inteligente se calienta después de un uso intensivo o ha visto caer la batería en el peor momento posible? Una gran razón son los circuitos electrónicos y la memoria dentro del dispositivo, que consumen energía y liberan calor mientras funcionan.
En el nivel más básico, la memoria de la computadora almacena información como 0 y 1 para controlar la facilidad con la que la electricidad puede pasar a través de un elemento. Si los científicos pueden diseñar memorias que requieran mucha menos energía, se podrían reducir drásticamente las necesidades de energía de los teléfonos, computadoras y otros dispositivos electrónicos.
Un nuevo enfoque para la memoria de baja energía
Una idea destinada a solucionar este problema se remonta a 1971, cuando los investigadores propusieron el cruce del túnel ferroeléctrico (FTJ). Este tipo de memoria se basa en la ferroelectricidad, una propiedad mediante la cual se puede cambiar la polarización eléctrica interna de un material. Cuando esta polarización cambia, afecta la facilidad con la que fluye la corriente, lo que permite que el dispositivo almacene datos.
A pesar de su promesa, los materiales tradicionales utilizados para la memoria luchan a medida que los dispositivos se vuelven más pequeños. El rendimiento a menudo disminuye a medida que las piezas se hacen más pequeñas, lo que limita hasta dónde puede llegar la tecnología.
El óxido de hafnio permite una memoria ultrapequeña
En 2011 se produjo un avance importante, cuando los científicos descubrieron que el óxido de hafnio, un material ampliamente utilizado, puede conservar su polarización eléctrica a pesar de ser extremadamente delgado. Basándose en este descubrimiento, el profesor Yutaka Majima del Instituto de Ciencias de Tokio (Science Tokyo) y su equipo se propusieron crear un dispositivo de memoria extremadamente pequeño de sólo 25 nanómetros de diámetro, aproximadamente tres milésimas de un cabello humano.
Resolver fugas a nanoescala
Reducir la memoria a esta escala presenta un desafío importante. La corriente eléctrica se escapa a través de los límites entre los pequeños cristales del material, lo que impide durante mucho tiempo una mayor miniaturización.
En lugar de intentar evitar este problema, los investigadores adoptaron un enfoque diferente. Hicieron el dispositivo aún más pequeño, lo que redujo el efecto de esos límites de cristal.
También desarrollaron un nuevo método de fabricación calentando los electrodos para que naturalmente formaran una forma semicircular. Este diseño creó una estructura más cercana a un solo cristal, lo que significa que había menos límites donde pudieran ocurrir fugas.
Un gran avance donde más pequeño significa mejor
Al combinar este diseño estructural con una miniaturización extrema, el equipo logró un alto rendimiento en su dispositivo. Más importante aún, demostraron algo inesperado. En realidad, la memoria funciona mejor a medida que se hace más pequeña, revirtiendo una suposición arraigada desde hace mucho tiempo en la electrónica.
Qué significa esto para los dispositivos futuros
Si esta tecnología se utiliza en el mundo real, podría tener un gran impacto. Los dispositivos como los relojes inteligentes pueden durar meses con una sola carga y las redes de sensores conectados pueden funcionar sin necesidad de reemplazar frecuentemente la batería.
En la inteligencia artificial (IA), este tipo de memoria puede admitir un procesamiento más rápido y utilizar mucha menos energía. Debido a que el óxido de hafnio ya es compatible con la fabricación de semiconductores existente, la integración de esta nueva memoria en la electrónica cotidiana puede ocurrir con relativa rapidez.
Comentario del investigador.
Desafiar lo que parecen ser los límites de la ciencia –como “no podemos hacer las cosas más pequeñas” o “si lo hacemos, se romperán”- es como caminar en la oscuridad. Es una lucha constante. Sin embargo, al cuestionar los supuestos tradicionales y explorar nuevas formas de superar estas barreras, pudimos descubrir una perspectiva completamente nueva. Seré feliz si este logro despierta la curiosidad de los jóvenes que darán forma al futuro y ayudarán a construir un mundo mejor. — Yutaka Majima, Profesor, Laboratorio de Materiales y Estructuras, Instituto de Investigación Integrada, Instituto de Ciencias de Tokio.
