(PhysOrg.com) - Una revisión crítica del estado actual y las perspectivas futuras de las nuevas arquitecturas informáticas basadas en "interruptores atómicos" fabricados controlando el movimiento de iones catiónicos durante reacciones electroquímicas sólidas.

Se presenta una revisión de nuevos tipos de nanodispositivos y computación basados ​​en interruptores atómicos de base catiónica Takami Hino y sus compañeros de trabajo en el Centro WPI para Nanoarquitectónica de Materiales en el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) en Tsukuba, Japón. El artículo de revisión se publica este mes en la revista Ciencia y tecnología de materiales avanzados .

Los investigadores describen los mecanismos fundamentales que gobiernan el funcionamiento de los interruptores atómicos nanoiónicos con ejemplos detallados de sus propios tres dispositivos terminales, y predecir un futuro brillante para la integración de interruptores atómicos con dispositivos de silicio convencionales mediante el uso de materiales conductores iónicos.

Los interruptores atómicos mecánicos, operados mediante la manipulación de átomos entre una superficie conductora y la punta de un microscopio de efecto túnel (STM), se informaron por primera vez a principios de la década de 1990. Estos interruptores mecánicos despertaron un gran interés en el desarrollo de interruptores atómicos controlados eléctricamente, producido por el movimiento de iones catiónicos en reacciones electroquímicas sólidas, donde el funcionamiento de los interruptores atómicos catiónicos se rige por la formación de un canal conductor en o sobre un conductor iónico.

Ahora, el desafío para los investigadores en este campo es la fabricación de estructuras de dispositivos nanoiónicos que puedan integrarse con dispositivos semiconductores de silicio de óxido metálico convencionales.

En su configuración más simple, el funcionamiento de un interruptor atómico nanoiónico consiste en la formación y desintegración de cables metálicos de tamaño nanométrico a través de una reacción electroquímica sólida, lo que conduce a cambios importantes en la resistencia entre los electrodos, los estados "encendido" y "apagado".

En esta revisión, Hino y sus colegas describen el control de los iones de plata en el sulfuro de plata, un conductor iónico, utilizando una punta STM para inyectar electrones para producir protuberancias de plata en la superficie del sulfuro de plata. y su contracción aplicando un voltaje de polarización apropiado entre la punta del STM y el electrodo. En tono rimbombante, la aplicación de un sesgo positivo entre una punta de sulfuro de plata y una superficie de platino conduce al crecimiento de alambres de plata y un sesgo negativo provocó su contracción. Este control bipolar es importante para aplicaciones prácticas de dispositivos.

Los interruptores atómicos de tipo gap son un bloque de construcción fundamental para los dispositivos nanoiónicos bipolares. Aquí, los investigadores dan una descripción detallada de la conmutación bipolar utilizando puntas STM de sulfuro de plata y electrodos de platino basándose en sus propios experimentos en estructuras de dispositivos de "barra transversal" con un espacio de 1 nm entre el sulfuro de plata y el platino, con énfasis en el mecanismo físico que gobierna la conmutación de alta velocidad a 1 MHz, y el hallazgo de que el tiempo de conmutación disminuye exponencialmente al aumentar la tensión de polarización. Los autores enfatizan que el desarrollo de un método reproducible para fabricar dispositivos de "barra transversal" fue un gran avance, lo que permitió la primera demostración de circuitos nanoiónicos como puertas lógicas.

Con vistas a las aplicaciones prácticas de los conmutadores atómicos, los autores dan ejemplos de interruptores atómicos avanzados que incluyen dispositivos de tipo gapless que consisten en metal / conductor iónico / estructuras metálicas, donde uno de los metales es electroquímicamente activo y el otro inerte. Notablemente, informes recientes sobre el uso de óxidos metálicos como conductores iónicos han dado un impulso adicional a la comercialización de dispositivos.

Notablemente, Los interruptores atómicos sin espacios también actúan como los llamados "memristores" (resistencias de memoria), dispositivos de memoria pasivos de dos terminales de varios estados, donde el tamaño de la protuberancia del nanocable gobierna las características de operación.

Otros interruptores atómicos avanzados incluyen:tres dispositivos terminales, como estructuras con un electrolito de sulfuro de cobre sólido, donde la formación de un puente de cobre entre un electrodo de fuente de platino y un electrodo de drenaje de cobre está controlada por un electrodo de puerta de cobre; y conmutadores atómicos fotoasistidos, que no requieren nanogaps, y las protuberancias de nanoalambres crecen mediante irradiación óptica de un material fotoconductor situado entre el electrodo conductor de aniones y electrones y un contraelectrodo metálico. Curiosamente, dado que el interruptor se "enciende" cuando la protuberancia de metal en crecimiento alcanza el contraelectrodo, y la protuberancia no crece en la oscuridad, El interruptor atómico fotoasistido se comporta como un interruptor programable que podría usarse en una memoria de sólo lectura programable y borrable (EPROM).

Los autores también describen las "habilidades de aprendizaje" de los interruptores atómicos capaces de memorias a corto y largo plazo en dispositivos nanoiónicos individuales; interruptores bipolares no volátiles; dos puertas lógicas de interruptores atómicos terminales; y arreglos de puertas programables en campo integrados con dispositivos CMOS.

Esta revisión contiene 77 referencias y 20 cifras y proporciona una fuente invaluable de información actualizada para los recién llegados y expertos en esta apasionante área de investigación.