Esticar a memória leva a novas possibilidades de computação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/12/2023

Representação artística de um material 2D esticado para ficar precariamente entre duas fases cristalinas diferentes.
[Imagem: Michael Osadciw/University of Rochester]

Semicondutores tensionados

O silício tensionado - ou silício expandido - está por aí há décadas, ajudando a produzir melhores transistores, melhores células solares e melhores LEDs.

Trata-se do mesmo famoso material semicondutor, mas que é submetido a uma tensão mecânica, o que distorce sua estrutura cristalina, alterando suas propriedades eletrônicas, tornando-o mais eficiente na condução de eletricidade.

Agora, Wenhui Hou e colegas da Universidade de Rochester, nos EUA, descobriram que é possível usar a mesma técnica para melhorar os materiais 2D, ou monoatômicos.

E não apenas melhorar, mas verdadeiramente criar um novo tipo de componente que tira proveito do que há de melhor em dois dos componentes eletrônicos mais pesquisados atualmente para desenvolvimento de novas formas e novas plataformas de computação, incluindo a computação neuromórfica (que imita o cérebro) e a inteligência artificial em hardware.

Ao tensionar materiais que são tão finos quanto uma única camada de átomos, Hou combinou as melhores qualidades de duas formas existentes de transistores resistivos usados para memória: Os memoristores e os materiais de mudança de fase.

Esquema do componente híbrido.
[Imagem: Wenhui Hou et al. - 10.1038/s41928-023-01071-2]

Memoristor de mudança de fase

Tanto os memoristores quanto as memórias de mudança de fase têm sido explorados por suas vantagens sobre as formas de memória mais prevalentes da atualidade, incluindo a memória dinâmica de acesso aleatório (DRAM) e a memória flash. Cada um deles, porém apresenta suas próprias dificuldades.

Os memristores, que funcionam aplicando tensão a um filamento fino entre dois eletrodos, tendem a sofrer de uma relativa falta de confiabilidade em comparação com outras formas de memória. Enquanto isso, os materiais de mudança de fase, que envolvem a fusão seletiva de um material em um estado amorfo ou cristalino, gastam muita energia.

"Nós combinamos a ideia de um memoristor e de um componente de mudança de fase de uma forma que pode ir além das limitações de qualquer um dos dispositivos," disse Wu. "Estamos fazendo um dispositivo memoristor de dois terminais que induz um tipo de cristal para outro tipo de fase do cristal. Essas duas fases de cristal têm resistências diferentes que você pode então usar como memória."

A chave para isto foi tensionar os materiais 2D a ponto de eles ficarem precariamente entre duas fases cristalinas diferentes, podendo ser forçados em qualquer uma das duas direções com relativamente pouca energia.

"Nós o projetamos basicamente esticando o material em uma direção e comprimindo-o em outra," contou Wu. "Ao fazer isso, você melhora o desempenho em ordens de magnitude. Eu vejo um caminho onde isso pode acabar: Nos computadores domésticos como uma forma de memória ultrarrápida e ultraeficiente. Isso poderá ter grandes implicações para a computação em geral."

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