CBRAM (memoria de acceso aleatorio de puente conductivo) podría desempeñar un papel fundamental en la memoria en el futuro al almacenar datos en un formato no volátil (es decir, casi permanente). Para reducir el tamaño y el consumo de energía de dichos componentes, es fundamental comprender con precisión su comportamiento a nivel atómico.

Mathieu Luisier, profesor asociado en ETH Zurich, y su equipo estudió este tipo de memoria, que consta de dos electrodos metálicos separados por un aislante. Los investigadores desarrollaron un modelo informático de CBRAM que consta de unos 4500 átomos y obedece a las leyes de la mecánica cuántica que rigen el mundo microscópico. Esta simulación a escala atómica permite describir con precisión la intensidad de la corriente generada por un nanofilamento metálico a medida que se forma y se disuelve entre los electrodos.

Diez átomos de espesor

"Este es un gran paso adelante, "dice Mathieu Luisier, quien fue profesor de SNSF en ETH Zurich de 2011 a 2016. "Hasta ahora, los modelos existentes sólo podían manejar unos cien átomos ". El nuevo modelo reproduce con precisión la corriente eléctrica y la energía disipada por la célula, a su vez, permite el cálculo de su temperatura. Los investigadores pueden observar el efecto de los cambios en el grosor del aislante y el diámetro del filamento metálico. Los resultados, que se presentaron en la conferencia IEDM en San Francisco en diciembre de 2017, muestran que el consumo de energía local y el calor se reducen si los dos electrodos se acercan. Pero solo hasta cierto punto:los electrodos que están demasiado cerca están sujetos al efecto de túnel cuántico, y la corriente entre ellos ya no es controlable.

La investigación muestra que en una geometría CBRAM óptima, el aislante tiene un espesor de 1,5 a 2 nanómetros (aproximadamente 10 átomos). La fabricación sigue siendo un desafío, sin embargo:las máquinas capaces de lograr tales dimensiones utilizan una técnica de litografía con sonda térmica que actualmente no es adecuada para la producción en masa. "Hoy dia, un canal de transistor tipo CMOS típico mide aproximadamente 20 nanómetros, o diez veces más gruesos que los aisladores CBRAM que investigamos, "dice Luisier. En consecuencia, La ley de Moore, que predice que el tamaño de los componentes electrónicos se reducirá a la mitad cada 18-24 meses, podría chocar contra una pared en una década.

Para lograr su modelo de 4500 átomos, los investigadores se beneficiaron del acceso a la tercera computadora más poderosa del mundo, Piz Daint, que se encuentra en el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza (CSCS) en Lugano y puede realizar hasta 20 millones de billones de operaciones por segundo. Este tipo de estudio requiere 230 tarjetas gráficas de última generación; Piz Daint tiene más de 4000 de ellos. Cada tarjeta tiene su propia CPU. "Incluso con este poder computacional, se necesitan unas diez horas para simular una memoria y determinar sus características eléctricas, "dice Luisier.