Las computadoras actuales brindan almacenamiento de enormes cantidades de información con densidades de datos extremadamente grandes, pero escribir y recuperar esta información consume mucha energía. Más del 99 por ciento de la energía consumida de almacenamiento y procesamiento de información se desperdicia en forma de calor, un gran dolor de cabeza que aún no ha remitido.

Un equipo de investigadores de Francia y Rusia ha desarrollado una celda de memoria de acceso aleatorio magnetoeléctrico (MELRAM) que tiene el potencial de aumentar la eficiencia energética. y así disminuir el desperdicio de calor, por órdenes de magnitud para operaciones de lectura a temperatura ambiente. La investigación podría ayudar a la producción de dispositivos como computadoras portátiles instantáneas, unidades flash de consumo casi nulo, y centros de almacenamiento de datos que requieren mucho menos aire acondicionado. El equipo de investigación informó sus hallazgos esta semana en Letras de física aplicada .

Ahora se pueden grabar miles de millones de transistores en chips individuales en un espacio del tamaño de una moneda de diez centavos, pero en algún momento, No será posible aumentar este número para obtener un rendimiento aún mejor utilizando el mismo espacio. La gran densidad de estos transistores nanoscópicos se traduce en más calor no deseado junto con interacciones de nivel cuántico que ahora deben abordarse.

Durante los últimos años, La investigación se ha intensificado para explorar las propiedades magnéticas de los electrones en un fenómeno llamado efecto magnetoeléctrico. Este efecto, a menudo de interés en el campo de la investigación conocido como espintrónica, aprovecha el espín de un electrón, en lugar de su carga. Los giros se pueden manipular potencialmente a escalas de menor tamaño utilizando mucha menos energía.

La mayoría de los esfuerzos se han centrado en reducir la energía de las operaciones de escritura en las memorias magnéticas, ya que estas operaciones suelen consumir más energía que las operaciones de lectura. En 2010, el mismo equipo francés y ruso demostró que una combinación de materiales magnetoelásticos y piezoeléctricos en una celda de memoria magnetoeléctrica podría permitir una reducción de 100 veces la energía necesaria para el proceso de escritura. En el último artículo de los investigadores, muestran que el mismo principio magnetoeléctrico también se puede utilizar para operaciones de lectura con un consumo de energía muy bajo.

"Nos centramos en las operaciones de lectura en este documento porque el potencial de que la energía de escritura sea muy baja en los sistemas magnetoeléctricos significa que la producción de energía ahora será mayor para las operaciones de lectura, "dijo Nicolas Tiercelin, coautor del artículo e investigador científico del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) que realiza investigaciones en el Instituto de Electrónica, Microelectrónica y Nanotecnología en Lille, Francia.

El núcleo de la celda de memoria MELRAM de los investigadores se basa en combinar las propiedades de dos tipos de materiales acoplándolos mecánicamente. Las aleaciones magnéticas, una basada en una combinación de terbio-cobalto y la otra basada en hierro y cobalto, con espesores de unos pocos nanómetros se apilan una encima de la otra. Las aleaciones forman un material nanocompuesto magnetoelástico cuyos espines magnéticos reaccionan a la tensión mecánica.

A continuación, estas aleaciones se colocan sobre un sustrato piezoeléctrico, que consta de relajantes o ferroeléctricos, materiales exóticos que cambian de forma o dimensiones cuando se exponen a un campo eléctrico.

"Juntos, estos materiales constituyen heteroestructuras multiferroicas en las que el control de las propiedades magnéticas es posible mediante la aplicación de una tensión eléctrica, "Dijo Tiercelin.

"El nanocompuesto multicapa proporciona una fuerte interacción magnetoeléctrica a temperatura ambiente, "dijo Vladimir Preobrazhensky, otro coautor del artículo y director de investigación del Wave Research Center, Instituto de Física General Prokhorov de la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú. "Esta interacción es el mecanismo básico para el control de los estados magnéticos por el campo eléctrico. Esta característica de la memoria magnetoeléctrica es el origen de su muy bajo consumo de energía".