Los chips de memoria se encuentran entre los componentes más básicos de las computadoras. La memoria de acceso aleatorio es donde los procesadores almacenan temporalmente sus datos, que es una función crucial. Investigadores de Dresde y Basilea ahora han logrado sentar las bases para un nuevo concepto de chip de memoria. Tiene el potencial de utilizar considerablemente menos energía que los chips producidos hasta la fecha; esto es importante no solo para las aplicaciones móviles, sino también para los grandes centros de computación de datos. Los resultados se presentan en el último volumen de la revista científica. Comunicaciones de la naturaleza .

Los chips de memoria puramente eléctricos que se utilizan comúnmente en la actualidad tienen una desventaja significativa:"Esta memoria es volátil y su estado debe actualizarse continuamente, "dice el Dr. Tobias Kosub, primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). "Esto requiere mucha energía". Las consecuencias se pueden ver, por ejemplo, en grandes centros informáticos. Por un lado, sus facturas de electricidad aumentan con el aumento de la potencia informática. Por otra parte, los chips se calientan cada vez más en función de su consumo de energía. Los centros de datos tienen cada vez más dificultades para disipar este calor. Algunos operadores de la nube llegan incluso a configurar sus granjas de servidores en regiones frías.

Existe una alternativa a estos chips de memoria eléctrica. Los MRAM guardan datos magnéticamente y, por lo tanto, no requieren una actualización constante. Ellas hacen, sin embargo, requieren corrientes eléctricas relativamente grandes para escribir los datos en la memoria, lo que reduce la confiabilidad:"Amenazan con desgastarse demasiado rápido y romperse si ocurren interrupciones durante el proceso de escritura o lectura, "Kosub dice.

Voltaje eléctrico en lugar de corriente

Por lo tanto, el mundo científico ha estado trabajando en alternativas de MRAM durante bastante tiempo. Una clase de material llamada "antiferromagnetos magnetoeléctricos" parece particularmente prometedora. Estos imanes se activan mediante un voltaje eléctrico en lugar de una corriente. "Estos materiales no se pueden controlar fácilmente, ", explica el líder del grupo HZDR, el Dr. Denys Makarov." Es difícil escribirles datos y volver a leerlos ". Hasta ahora se ha asumido que estos antiferromagnetos magnetoeléctricos solo pueden leerse indirectamente a través de ferromagnetos, cuales, sin embargo, niega muchas de las ventajas. Por tanto, el objetivo es producir una memoria magnetoeléctrica puramente antiferromagnética (AF-MERAM).

Esto es precisamente lo que ahora han logrado hacer los equipos de investigación de Dresde y Basilea. Desarrollaron un nuevo prototipo de AF-MERAM basado en una fina capa de óxido de cromo. Este se inserta, como un relleno de sándwich, entre dos electrodos de un grosor nanométrico. Si se aplica voltaje a estos electrodos, el óxido de cromo se "voltea" a un estado magnético diferente, y el bit se escribe. La clave es que unos pocos voltios son suficientes. "A diferencia de otros conceptos, podríamos reducir el voltaje en un factor de cincuenta, ", dice Kosub." Esto nos permite escribir un poco sin un consumo excesivo de energía y sin calentamiento ". Un desafío particular fue la capacidad de volver a leer el bit escrito.

Con el fin de hacerlo, los físicos colocaron una capa de platino de nanómetros de espesor encima del óxido de cromo. El platino permite la lectura a través de un fenómeno eléctrico especial:el efecto Hall anómalo. La señal real es muy pequeña y está superpuesta por señales de interferencia. "Pudimos, sin embargo, desarrollar un método que suprimiera la tormenta de interferencias, permitiéndonos obtener la señal útil, "Makarov describe." Esto fue, De hecho, el gran avance ". Los resultados parecen muy prometedores según el profesor Oliver G. Schmidt del Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido de Dresde, que también participó en el estudio:"Será emocionante investigar cómo se posicionará este nuevo enfoque con respecto a la tecnología de silicio establecida". Ahora los investigadores están a punto de desarrollar aún más el concepto.

"Hasta ahora, el material funciona a temperatura ambiente, pero solo dentro de una ventana estrecha, ", dice Kosub." Queremos ampliar considerablemente el rango alterando selectivamente el óxido de cromo ". Para lograr esto, los colegas del Instituto Suizo de Nanociencia y del Departamento de Física de la Universidad de Basilea han hecho una contribución importante. Su nuevo método de investigación proporciona imágenes de las propiedades magnéticas del óxido de cromo por primera vez con resolución a nanoescala. Los expertos ahora apuntan a integrar varios elementos de memoria en un solo chip. Hasta aquí, solo se realizó un solo elemento, que puede almacenar solo un bit. El siguiente paso, uno crucial hacia posibles aplicaciones, es construir una matriz de varios elementos. "En principio, tales chips de memoria podrían producirse utilizando métodos estándar empleados por los fabricantes de computadoras, ", dice Makarov." Ésta es una de las razones por las que la industria ha mostrado un gran interés en tales componentes ".