Este es un esquema de cuatro bits en varios estados de encendido / apagado. La broca está hecha de material de cambio de fase con un tamaño de aproximadamente 10 nanómetros con electrodos de nanotubos de carbono. La corriente de programación es 100 veces menor que la actual memoria de última generación. Crédito:Eric Pop, Universidad de Illinois
Tecnófilos que han estado soñando con dispositivos móviles que funcionen durante más tiempo con un encendedor, las baterías más delgadas pueden descubrir pronto que su deseo se ha cumplido.
Los ingenieros de la Universidad de Illinois han desarrollado una forma de memoria digital de consumo ultrabajo que es más rápida y utiliza 100 veces menos energía que una memoria similar disponible. La tecnología podría dar a los futuros dispositivos portátiles una vida útil de la batería mucho más larga entre cargas.
Dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica e informática Eric Pop, el equipo publicará sus resultados en una próxima edición de Ciencias revista y online en el 10 de marzo Science Express.
"Creo que cualquiera que esté lidiando con muchos cargadores y conectando cosas todas las noches puede identificarse con querer un teléfono celular o una computadora portátil cuyas baterías puedan durar semanas o meses, "dijo Pop, quien también está afiliado al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas en Illinois.
La memoria flash utilizada en los dispositivos móviles hoy almacena bits como carga, que requiere altos voltajes de programación y es relativamente lento. La industria ha estado explorando más rápido pero materiales de cambio de fase (PCM) de mayor potencia como alternativa. En la memoria PCM se almacena un bit en la resistencia del material, que es conmutable.
El grupo de Pop redujo la potencia por bit a 100 veces menos que la memoria PCM existente al enfocarse en una simple, pero factor clave:el tamaño.
En lugar del estándar de alambres metálicos en la industria, el grupo usó nanotubos de carbono, tubos diminutos de solo unos pocos nanómetros de diámetro:10, 000 veces más pequeño que un cabello humano.
"El consumo de energía se escala esencialmente con el volumen del bit de memoria, "dijo el estudiante de posgrado Feng Xiong, el primer autor del artículo. "Mediante el uso de contactos a nanoescala, podemos lograr un consumo de energía mucho menor ".
Para crear un poco, los investigadores colocan una pequeña cantidad de PCM en un espacio a nanoescala formado en medio de un nanotubo de carbono. Pueden "encender" y "apagar" el bit pasando pequeñas corrientes a través del nanotubo.
"Los nanotubos de carbono son los conductores electrónicos más pequeños conocidos, "Dijo Pop." Son mejores que cualquier metal en la entrega de una pequeña sacudida de electricidad para eliminar el bit PCM ".
Los nanotubos también cuentan con una estabilidad extraordinaria, ya que no son susceptibles a la degradación que puede afectar a los alambres de metal. Además, el PCM que funciona como el bit real es inmune al borrado accidental de un escáner o imán que pasa.
Los bits PCM de baja potencia podrían usarse en dispositivos existentes con un aumento significativo en la vida útil de la batería. Ahora, un teléfono inteligente consume aproximadamente un vatio de energía y una computadora portátil funciona con más de 25 vatios. Parte de esa energía va a la pantalla, pero un porcentaje creciente se dedica a la memoria.
"Cada vez que ejecutas una aplicación, o almacenar MP3, o videos en streaming, está agotando la batería, "dijo Albert Liao, estudiante de posgrado y coautor. "La memoria y el procesador están trabajando arduamente para recuperar datos. A medida que la gente usa sus teléfonos para hacer menos llamadas y los usa para computar más, mejorar las operaciones de almacenamiento y recuperación de datos es importante ".
Pop cree que junto con mejoras en la tecnología de visualización, la memoria PCM de nanotubos podría aumentar la eficiencia energética de un iPhone para que pueda funcionar durante más tiempo con una batería más pequeña, o incluso hasta el punto en que podría funcionar simplemente recolectando su propia térmica, Energía mecánica o solar:no requiere batería.
Tres bits de memoria paralelos con electrodos de nanotubos de carbono (imagen en falso color basada en el perfil topográfico de microscopía de fuerza atómica). El bit del medio está en el estado "desactivado", the other two are “on”. The silicon dioxide substrate is shown in blue. Credit:Eric Pop, Universidad de Illinois
And device junkies will not be the only beneficiaries.
"We're not just talking about lightening our pockets or purses, " Pop said. "This is also important for anything that has to operate on a battery, such as satellites, telecommunications equipment in remote locations, or any number of scientific and military applications."
Además, ultra-low-power memory could cut the energy consumption and thus the expense of data storage or supercomputing centers by a large percentage. The low-power memory could also enable three-dimensional integration, a stacking of chips that has eluded researchers because of fabrication and heat problems.
The team has made and tested a few hundred bits so far, and they want to scale up production to create arrays of memory bits that operate together. They also hope to achieve greater data density through clever programming such that each physical PCM bit can program two data bits, called multibit memory.
The team is continuing to work to reduce power consumption and increase energy efficiency even beyond the groundbreaking savings they've already demonstrated.
"Even though we've taken one technology and shown that it can be improved by a factor of 100, we have not yet reached what is physically possible. We have not even tested the limits yet. I think we could lower power by at least another factor of 10, " Pop said.
