Unos científicos crean un semiconductor ultrabajo en energía que podría revolucionar el almacenamiento universal de datos
Requiere mil millones de veces menos energía que nuestros sistemas actuales.
Por Darren Orf
08/12/2024
pinglabel//Getty Images
Echa un vistazo a las especificaciones de cualquier portátil en tu tienda de electrónica preferida, e inevitablemente te encontrarás con la mención de dos tipos de información de memoria. La primera es la memoria de acceso aleatorio, o RAM, que almacena temporalmente los datos para un acceso rápido. Básicamente, cuanta más RAM tengas, más aplicaciones podrás ejecutar sin problemas. La segunda es una unidad -normalmente una unidad de estado sólido o un disco duro- que proporciona almacenamiento a largo plazo incluso cuando el dispositivo está apagado.
Desde hace tiempo, el objetivo de los científicos es desarrollar algún tipo de memoria universal que pueda realizar ambas tareas a la vez, pero la energía necesaria para una de las principales candidatas -conocida como memoria de cambio de fase (PCM)- ha sido demasiado extensa para ser práctica. Sin embargo, esto podría estar a punto de cambiar.
La PCM se basa en un proceso conocido como amorfización: la disposición de los átomos de una estructura cristalina en una nueva estructura aleatoria. Normalmente, el PCM (como su nombre indica) necesita energía para transformarse entre su estructura cristalina y su estructura amorfa. Esto requiere una técnica conocida como “enfriamiento por fusión”, que calienta y enfría rápidamente los materiales PCM. Pero, claro, un cambio rápido de temperatura suele requerir demasiada energía para ser comercialmente viable.
Ahora, científicos de la Universidad de Pensilvania han desarrollado un nuevo método de amorfización, que utiliza hilos de seleniuro de indio, o In2Se3. Esta nueva técnica evita ese rápido paso de cambio de temperatura y, como resultado, crea un semiconductor que podría requerir hasta mil millones de veces menos energía que otros de su clase. En palabras de los investigadores en un comunicado de prensa, se trata de un gran paso adelante, ya que los requisitos energéticos son la principal razón por la que los dispositivos de memoria de cambio de fase no se han generalizado. Los resultados del estudio se publicaron en noviembre en la revista Nature.
Como ocurre con muchos grandes avances, la utilidad de este compuesto inorgánico para almacenar datos se descubrió por accidente. En 2021, mientras trabajaba en un laboratorio de la Universidad de Pensilvania y hacía pasar corriente a través del compuesto, Gaurav Modi -estudiante de doctorado de la Universidad de Pensilvania y coautor del artículo- se dio cuenta de que el cable con el que estaba trabajando dejaba de conducir electricidad de repente. Inesperadamente, el cable se había amorfizado.
“Esto fue extremadamente inusual”, dijo Modi en un comunicado de prensa. “Pensé que podría haber dañado los cables. Normalmente, se necesitan impulsos eléctricos para inducir cualquier tipo de amorfización, y aquí una corriente continua había alterado la estructura cristalina, lo que no debería haber ocurrido”.
Lo que ocurría exactamente a nivel atómico en estos alambres era un misterio que tardó tres años en desentrañarse. Resulta que unas cuantas propiedades eléctricas y físicas integradas en el seleniuro de indio impulsaron este extraño proceso de amorfización.
“Tuvimos que mirar con mucho, mucho cuidado para entender este proceso”, explica en un comunicado de prensa Pavan Nukala, profesor adjunto del Instituto Indio de Ciencias. “Aprendimos que múltiples propiedades del In2Se3 -el aspecto 2D, la ferroelectricidad y la piezoelectricidad- confluyen para diseñar esta vía de energía ultrabaja para la amorfización a través de choques”.
Los investigadores describen esta interacción como un “terremoto” eléctrico seguido de una “avalancha” acústica. Las propiedades piezoeléctricas del material empujan partes de estas capas a posiciones inestables. En un punto crítico, estas deformaciones se propagan rápidamente y chocan, creando ondas sonoras que resuenan por todo el material, como las ondas sísmicas tras un terremoto. Entonces se produce la avalancha, ya que la onda sonora (técnicamente denominada “sacudida acústica”) impulsa más deformaciones y acaba uniendo los focos de amorfización en una sola masa.
“Esto abre un nuevo campo sobre las transformaciones estructurales que pueden producirse en un material cuando confluyen todas estas propiedades”, afirma en un comunicado Ritesh Agarwal, autor principal del estudio de la Universidad de Pensilvania. “El potencial de estos hallazgos para diseñar dispositivos de memoria de bajo consumo es tremendo”.
Darren Orf
Contributing Editor
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Darren lives in Portland, has a cat, and writes/edits about sci-fi and how our world works. You can find his previous stuff at Gizmodo and Paste if you look hard enough.
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