Los nuevos materiales foto-ferroeléctricos permiten el almacenamiento de información de forma no volátil mediante estímulos lumínicos. La idea es crear dispositivos de memoria energéticamente eficientes con alto rendimiento y versatilidad para enfrentar los desafíos actuales. El estudio ha sido publicado en Comunicaciones de la naturaleza de Josep Fontcuberta y colaboradores y abre un camino hacia nuevas investigaciones sobre este fenómeno y las aplicaciones de la computación neuromórfica.

¿Te imaginas controlar las propiedades de un material con solo iluminarlo? Estamos acostumbrados a ver que la temperatura de los materiales aumenta cuando se exponen al sol. Pero la luz también puede tener efectos más sutiles. En efecto, los fotones de luz pueden crear pares de portadores de carga gratuita en materiales que de otro modo serían aislantes. Este es el principio básico de los paneles fotovoltaicos que utilizamos para recolectar energía eléctrica del sol.

En un nuevo giro un cambio inducido por la luz de las propiedades de los materiales podría usarse en dispositivos de memoria, permitiendo un almacenamiento de información más eficiente y un acceso y una informática más rápidos. Esta, De hecho, es uno de los retos actuales de nuestra sociedad:poder desarrollar dispositivos electrónicos de alto rendimiento disponibles comercialmente que sean, al mismo tiempo, energía eficiente. El objetivo son los dispositivos electrónicos más pequeños que tengan un menor consumo de energía y un alto rendimiento y versatilidad.

Almacenamiento de memoria no volátil

Ahora, Los investigadores del grupo Multifunctional Thin Films and Complex Structures (MULFOX) del ICMAB han estudiado materiales ferroeléctricos fotosensibles integrados en dispositivos que explotan nanotecnologías y efectos cuánticos. Los elementos de memoria se han diseñado para almacenar información no volátil en distintos estados de resistencia (ENCENDIDO / APAGADO). Se ha descubierto que, cuando está correctamente diseñado, su resistencia eléctrica puede modularse mediante luz pulsada. Esto significa que pueden pasar de un estado de baja resistencia a uno de alta resistencia simplemente mediante la aplicación de pulsos de luz.

"Los materiales que muestran cambios de resistencia bajo iluminación son abundantes, aunque el efecto es típicamente volátil y el material recupera su estado inicial después de un tiempo de permanencia, "dice el investigador del ICMAB Ignasi Fina, coautor del estudio. "Para que los dispositivos se utilicen en la informática y el almacenamiento de datos, El control óptico no volátil de la resistencia eléctrica es de interés potencial, "y añade" para no volátiles, queremos decir que la información se puede retener y almacenar en el dispositivo, incluso cuando la energía está apagada ".

Dos en uno:materiales foto-ferroeléctricos

Actualmente se requieren dos dispositivos diferentes para utilizar señales ópticas para el almacenamiento de datos no volátiles:un sensor optoelectrónico y un dispositivo de memoria. El estudio ICMAB presenta estas propiedades combinadas en un solo material capaz de modular su resistencia por luz pulsada:un material foto-ferroeléctrico.

Los materiales ferroeléctricos tienen polarización eléctrica no volátil espontánea conmutable eléctricamente. En películas ferroeléctricas ultrafinas de dicho material intercaladas entre metales apropiados, Aparece un efecto de fenómeno mecánico cuántico llamado corriente de túnel. Este efecto permite un flujo de corriente de carga a través de la capa ferroeléctrica, que es realmente aislante, en una cantidad que depende de la dirección de su polarización.

En los dispositivos en cuestión, Primero se usa un campo eléctrico una vez para escribir los estados ON / OFF, y se combina con el estímulo óptico para promover el cambio de estado ON / OFF, y modular reversiblemente la resistencia (de mayor a menor, y viceversa).

Dispositivos y aplicaciones energéticamente eficientes

Estos dispositivos son energéticamente eficientes por dos razones principales:en primer lugar, el consumo de energía se reduce cuando se escribe el estado de la memoria, ya que no necesita ningún flujo de corriente de carga. En segundo lugar, ya que la información se almacena de forma no volátil, el estado se conserva y no es necesario actualizar la información (reescritura) como se hace continuamente en las memorias RAM actuales de todas las computadoras, por ejemplo.

El conmutador óptico observado no se limita a los materiales estudiados y abre así un camino hacia nuevas investigaciones sobre este fenómeno.

En cuanto a aplicaciones futuras, Ignasi Fina prevé lo siguiente:"Los dispositivos estudiados combinan funciones de sensor de luz y memoria. Además, como se muestra en el estudio, el dispositivo se comporta como un memristor. Un memristor es un dispositivo que puede mostrar múltiples estados de resistencia según el estímulo que ha recibido, y es uno de los dispositivos básicos para el desarrollo de sistemas informáticos neuromórficos. Por lo tanto, el dispositivo desarrollado abre un camino a explorar en relación a su integración en los sistemas de visión neuromórfica, donde el sistema aprende a reconocer imágenes ".

El estudio ha sido publicado en Comunicaciones de la naturaleza .