Los investigadores han utilizado un modelo avanzado para simular con un detalle sin precedentes el funcionamiento de las "celdas de conmutación de resistencia" que podrían reemplazar la memoria convencional para aplicaciones electrónicas. con el potencial de brindar una memoria de computadora más rápida y de mayor capacidad mientras consume menos energía.

Estas "celdas de metalización" electromecánicas cambian rápidamente de alta resistencia a baja resistencia, una operación de dos estados que podría usarse para representar los unos y ceros en el código binario necesario para ejecutar comandos de software y almacenar información en computadoras.

Investigadores de la Universidad de Purdue desarrollaron un nuevo método para simular los procesos electroquímicos que gobiernan la operación con detalles atomísticos. Los investigadores utilizaron el modelo para simular el rendimiento de un tipo de celdas de conmutación de resistencia también llamadas celdas de puente conductoras.

"A pesar de su importancia, los mecanismos que gobiernan sus notables propiedades han sido poco conocidos, limitar nuestra capacidad para evaluar el rendimiento final y el potencial de comercialización, "dijo Alejandro Strachan, profesor de ingeniería de materiales en Purdue. "Ahora, una comprensión mecanicista a nivel atómico del proceso de cambio proporciona nuevas pautas para la optimización de materiales ".

Las celdas de conmutación de resistencia se están considerando como un posible reemplazo de la memoria no volátil actual. que está alcanzando sus límites tecnológicos y también podría utilizarse para aplicaciones lógicas. Las células puente conductoras pueden cambiar en cuestión de nanosegundos, lo que las hace potencialmente capaces de funcionar ultrarrápidamente, y son extremadamente pequeñas. posiblemente permitiendo más compacto, potente memoria de computadora, Dijo Strachan.

Los hallazgos se detallan en un artículo de investigación que aparece esta semana en la revista. Materiales de la naturaleza . El artículo fue escrito por el investigador asociado postdoctoral de Purdue, Nicolas Onofrio, estudiante de posgrado David Guzman y Strachan.

Los dispositivos contienen dos electrodos metálicos separados por un dieléctrico, o material aislante. A medida que se aplica un voltaje, el electrodo activo, hecho de cobre en este caso, se disuelve en el dieléctrico y los iones comienzan a moverse hacia el electrodo inactivo. Estos iones eventualmente forman un filamento conductor que conecta los dos electrodos, reduciendo la resistencia eléctrica. Cuando se invierte el voltaje, los filamentos se rompen, volver al estado de alta resistencia. Un gif animado que se muestra en este video muestra la acción:

Los investigadores pudieron simular por primera vez lo que sucede en el tamaño real de nanoescala y los regímenes de tiempo de los dispositivos. proporcionando nueva información sobre cómo se forman y se rompen los filamentos. Los hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre las reacciones electroquímicas que conducen a la formación de los filamentos y su ruptura. predecir la operación ultrarrápida observada en experimentos anteriores con dispositivos más grandes, con cambio tan rápido como unos pocos nanosegundos.

La aparición de simulaciones tan avanzadas está haciendo posible predecir el comportamiento y el rendimiento precisos de los nuevos dispositivos antes de que se hayan construido. un objetivo de la Iniciativa del genoma de materiales formada en 2011.

"El objetivo del MGI es descubrir, desarrollar e implementar materiales dos veces más rápido a la mitad del costo, ", Dijo Strachan." Ahora se necesitan 20 años desde que descubrimos un material en un laboratorio hasta que lo ponemos en un producto, y eso es demasiado. Prevemos que las próximas décadas serán testigos de una revolución con la incorporación de experimentos y simulación de múltiples escalas que conducirán a ganancias dramáticas en el rendimiento y reducirán los costos y el tiempo de desarrollo ".

La investigación se basa en el Centro de Nanotecnología Birck en Discovery Park de Purdue y está afiliada a la Red de Nanotecnología Computacional, el Centro de Materiales y Dispositivos Predictivos (c-PRIMED) y nanoHUB. Las simulaciones se llevan a cabo utilizando supercomputadoras a través de Tecnología de la Información en la división de informática de investigación de Purdue (ITaP).

Este trabajo fue apoyado por el Centro FAME, uno de los seis centros de STARnet, un programa de Semiconductor Research Corporation patrocinado por MARCO y DARPA y por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de EE. UU.

El trabajo futuro involucrará investigación para encontrar mejores materiales para los dispositivos.