La investigación de Pierre Lucas podría conducir a memorias de computadora que funcionen más como memorias humanas.

Imagínese si los microchips y los CD regrabables pudieran contener cien veces más datos.

La forma en que se almacenan los datos digitales comienza con el material en el que se almacenan, cuales, en CD regrabables y muchos microchips, es algo llamado material de cambio de fase, o PCM.

Pierre Lucas, profesor de la UA en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y en la Facultad de Ciencias Ópticas, está utilizando una subvención de poco más de $ 560, 000 de la National Science Foundation para mejorar estos materiales, abriendo la puerta a memorias y dispositivos de alta densidad que imitan la sofisticación del cerebro humano.

Ciencia del CD

¿Alguna vez has notado cómo? cuando grabas un CD, la parte reflectante del CD cerca del centro se vuelve más oscura? Ese material reflectante es un material de cambio de fase que cambia de cristal, también conocido como "1" en términos digitales, al vidrio, o un "0" en términos digitales. Las memorias de microchip están hechas del mismo material.

"Todo lo que escribes, grabar o guardar en su computadora se codifica constantemente en 0 y 1, "Lucas dijo." Entonces, cuando guardas algo, básicamente estás escribiendo un montón de 0 y 1, o convertir pequeñas células en el chip de su computadora en vidrio o cristal ".

Si miraste la parte más oscura del CD con una lupa, verías algunos puntos más claros y otros más oscuros:un lector de CD convierte los cristales reflectantes en ceros y los bits de vidrio menos reflectantes en unos, y luego traduce ese código a la música, documentos, imágenes u otra información que un usuario necesite almacenar.

Parte de la investigación de Lucas implica expandir las opciones sobre qué formas pueden tomar los materiales de cambio de fase, en lugar de que los bits solo se guarden como completamente cristal o completamente vidrio, podrían salvarse como medio cristal y medio vaso, o tres cuartos de uno y un cuarto del otro.

"Esto podría permitir a los consumidores poner 10 veces más datos en un CD o microchip, o 100 veces más datos, ", dijo." En el futuro, lo que los ingenieros también intentarán hacer es esencialmente replicar la estructura del cerebro y el mecanismo de intercambio de información de la forma en que cada neurona, orbita, está en comunicación con todas las demás neuronas en lo que se llama una red neuronal artificial ".

Atrapando la deriva

Esta nueva forma de PCM también explicará un problema en los materiales actuales conocido como deriva. Es favorable que el material de cambio de fase exista en estado cristalino porque requiere menos energía, por lo que la deriva ocurre cuando el material originalmente codificado como vidrio se convierte lentamente en cristal.

"Si su estado estaba cristalizado en un 75 por ciento y con el tiempo se cristaliza en un 90 por ciento, entonces no contendrá la misma información, "Dijo Lucas." Eso no es bueno ".

La deriva ocurre porque los materiales de cambio de fase actuales son frágiles, cuales, en la jerga de la ciencia de los materiales, significa que cuando pasan de cristal a cristal, se vuelven fluidos y menos estables en su estado final. Lucas está trabajando para crear una forma de PCM que exhiba una transición "frágil a fuerte", lo que significa que se mantiene fluida, o frágil, mientras cambia de fase, y se vuelve viscoso, o fuerte, en su estado final.

"En una computadora, quieres que tu chip de memoria funcione muy rápido, lo que significa que desea que este cambio sea realmente rápido, aproximadamente mil millones de veces por segundo, "Dijo Lucas." Eso significa que el proceso de cambio entre el cristal y el cristal debería ser muy rápido, y solo puede suceder así de rápido si los átomos están en un estado muy fluido. Pero cuando se está enfriando desea que el PCM se vuelva muy viscoso para formar un bit de memoria de vidrio que sea estable ".

La estabilidad proporcionada por la transición de frágil a fuerte es lo que permitirá una gama más amplia de estados finales para que las tecnologías de memoria retengan más información, y podría permitir un procesamiento de información ultrarrápido similar al de las neuronas humanas.

Como ingeniero de materiales, Lucas está dando el primer paso hacia este futuro de red neuronal trabajando para crear el material en el que existirá. Mientras trabaja para diversificar la gama de estados en los que puede existir PCM, También diversificará el campo de la ingeniería:su investigación incluirá un enfoque específico en la tutoría de mujeres, Estudiantes hispanos y otros estudiantes subrepresentados en ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas.