Uno de los grandes desafíos de la arquitectura informática es la integración del almacenamiento, memoria y procesamiento en una sola unidad. Esto haría que las computadoras sean más rápidas y energéticamente más eficientes. Los físicos de la Universidad de Groningen han dado un gran paso hacia este objetivo al combinar un semiconductor de titanato de estroncio dopado con niobio (SrTiO3) con cobalto ferromagnético. En la interfaz, esto crea un memristor giratorio con capacidad de almacenamiento, allanando el camino para las arquitecturas de computación neuromórfica. Los resultados fueron publicados el 22 de enero en Informes científicos .

El dispositivo desarrollado por los físicos combina el efecto memristor de los semiconductores con un fenómeno basado en el espín llamado magnetorresistencia anisotrópica de efecto túnel (TAMR) y funciona a temperatura ambiente. El semiconductor SrTiO3 tiene una resistencia variable no volátil cuando se interconecta con cobalto:se puede usar un campo eléctrico para cambiarlo de baja a alta resistencia y viceversa. Esto se conoce como efecto de electrorresistencia.

Es más, cuando se aplicó un campo magnético a través de la misma interfaz, dentro y fuera del plano del cobalto, esto mostró una sintonización del voltaje de giro de TAMR en 1,2 mV. Esta coexistencia de un gran cambio en el valor de TAMR y la electrorresistencia en el mismo dispositivo a temperatura ambiente no se ha demostrado previamente en otros sistemas de materiales.

"Esto significa que podemos almacenar información adicional de forma no volátil en el memristor, creando así un dispositivo de memristor giratorio integrado muy simple y elegante que funciona a temperatura ambiente, "explica la profesora de espintrónica de materiales funcionales Tamalika Banerjee. Trabaja en el Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen. Hasta ahora, intenta combinar almacenamiento basado en espines, la memoria y la informática se han visto obstaculizadas por una arquitectura compleja, además de otros factores.

La clave del éxito del dispositivo del grupo Banerjee es la interfaz entre el cobalto y el semiconductor. "Hemos demostrado que una capa aislante de óxido de aluminio de un nanómetro de espesor hace desaparecer el efecto TAMR, ", dice Banerjee. Se necesitó bastante trabajo para diseñar la interfaz. Lo hicieron ajustando el dopaje con niobio del semiconductor y, por lo tanto, el panorama potencial en la interfaz. No se puede lograr la misma coexistencia con el silicio como semiconductor:" Usted necesitan los átomos pesados ​​en SrTiO3 para el acoplamiento de la órbita de espín en la interfaz que es responsable del gran efecto TAMR a temperatura ambiente ".

Estos dispositivos podrían usarse en una arquitectura de computadora similar a un cerebro. Actuarían como las sinapsis que conectan las neuronas. La sinapsis responde a un estímulo externo, pero esta respuesta también depende de la memoria de la sinapsis de los estímulos previos. "Ahora estamos considerando cómo crear una arquitectura informática de inspiración biológica basada en nuestro descubrimiento". Tal sistema se alejaría de la arquitectura clásica de Von Neumann. La gran ventaja es que se espera que utilice menos energía y, por lo tanto, produzca menos calor. "Esto será útil para" Internet de las cosas, "donde la conexión de diferentes dispositivos y redes genera cantidades insostenibles de calor".

La física de lo que sucede exactamente en la interfaz del cobalto y el semiconductor de estroncio es complicada, y es necesario trabajar más para comprender esto. Banerjee:"Una vez que lo entendamos mejor, podremos mejorar el rendimiento del sistema. Actualmente estamos trabajando en eso. Pero funciona bien como está, por lo que también estamos pensando en construir un sistema más complejo con tales memristores de espín para probar algoritmos reales para capacidades cognitivas específicas del cerebro humano ". El dispositivo de Banerjee es relativamente simple. Escalarlo a una arquitectura de computación completa es el siguiente gran paso.

Cómo integrar estos dispositivos en una arquitectura informática paralela que imita el funcionamiento del cerebro es una cuestión que fascina a Banerjee. "Nuestro cerebro es una computadora fantástica, en el sentido de que puede procesar grandes cantidades de información en paralelo con una eficiencia energética muy superior a la de una supercomputadora ”. Los hallazgos del equipo de Banerjee podrían conducir a nuevas arquitecturas para la computación inspirada en el cerebro.