Cada vez que toca, hace clic o desplaza, su dispositivo almacena y procesa datos con memoria. La tecnología de memoria de hoy, sin embargo, está llegando a sus límites. Se está volviendo más difícil hacerlo más rápido, más eficiente y confiable para acomodar la creciente demanda de velocidad y datos.
Ahí es donde Reram, la memoria de acceso aleatorio resistente, entre en acción. La nueva memoria se crea a partir del material de óxido. Proporciona una gran velocidad, un largo tiempo de retención de datos y una estructura mucho menos compleja que la memoria tradicional. Debido a eso, los investigadores de todo el mundo lo consideran uno de los tipos candidatos más fuertes para eclipsar las viejas tecnologías como la memoria flash.
Los investigadores kaist han dado un salto gigante para darse cuenta de cómo funciona esta nueva tecnología en primer lugar. Por primera vez, han visto visualmente lo que sucede dentro del Reram al escribir o borrar datos. Este avance podría cambiar la tecnología de memoria y el futuro de la computación neuromórfica.
La conmutación resistiva, caracterizada por cambios reversibles en la resistencia del material en campos eléctricos externos, respalda la tecnología resistiva de memoria de acceso aleatorio (RERAM), lo que es prometedor para la memoria de próxima generación y los dispositivos neuromórficos debido a su rápida velocidad de conmutación, no volatilidad y simplicidad estructural. (Crédito: ACS)
¿Qué hace que Reram sea tan especial?
Reram difiere de la memoria regular en que almacena datos no solo temporalmente. Al igual que la memoria flash, también contiene información cuando la alimentación se apaga. Pero Reram lo hace más rápido y con menos equipo, lo que podría conducir a dispositivos que son más pequeños y consumen menos energía en el futuro.
Como el elemento central de la funcionalidad de Reram es una capa de material de óxido delgado: dióxido de titanio (Tio₂), para ser precisos. Cuando se aplica una señal eléctrica, ocurre algo milagroso: los defectos de óxido, las vacantes de oxígeno, comienzan para moverse. Estos defectos son regiones donde hay una falta preferencial de un átomo de oxígeno, y juegan un papel importante en si la corriente puede pasar o no.
Cuando muchas vacantes de oxígeno se unen, crean un camino en el que la electricidad puede viajar libremente. Pero cuando las vacantes se dispersan, el flujo de corriente se corta. Esta diferencia, entre conducir y obstruir la corriente, es lo que le da a Reram la capacidad de retener los estados de memoria “ON” y “OFF”.
Ver lo que una vez fue invisible
Antes de esto, los científicos habían aprendido principalmente sobre este proceso a partir de especulaciones indirectas o modelos de computadora. Pero los investigadores de Kaist descubrieron cómo ver estos cambios.
Correlación de los cambios de conductancia y la dinámica de iones de defectos durante la conmutación resistiva. (Crédito: ACS)
Usando un instrumento llamado microscopio de sonda de escaneo multimodal (SPM multimodal), observaron la función del dispositivo RERAM en la nano escala. Este dispositivo avanzado está compuesto por tres tipos de microscopios con un solo cuerpo. Cada uno tiene un propósito diferente:
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La microscopía de fuerza atómica conductora (C-AFM) les dijo dónde fluía la corriente.
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La microscopía de deformación electroquímica (ESM) rastreó el movimiento de los iones de oxígeno.
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La microscopía de fuerza de la sonda Kelvin (KPFM) detectó cambios en la carga eléctrica en la superficie.
Todos estos combinados dieron a los investigadores una idea clara de lo que sucede cuando Reram escribe y elimina los datos.
Al aplicar una señal eléctrica a una película de Tio₂, pudieron ver directamente la forma en que comenzaron y se movieron las vacantes de oxígeno. Esto demostró que los cambios minuciosos estaban detrás del dispositivo cambiando sus estados conductores y no conductoros.
El líder del estudio, el profesor Seungbum Hong, lo llamó: “Este es un ejemplo que demuestra que podemos observar directamente la correlación espacial de defectos de oxígeno, iones y electrones a través de un microscopio multimodal”.
Esta capacidad de ver el proceso en tiempo real es todo lo que se necesita. Convierte una teoría en un hecho.
Efectos de inyección de electrones en campos eléctricos negativos. (Crédito: ACS)
La clave para la fiabilidad y la estabilidad
Los investigadores también descubrieron algo importante sobre la confiabilidad de la memoria. Durante sus experimentos, descubrieron que si los iones de oxígeno se insertaron dinámicamente en la capa de óxido durante el proceso de “reinicio” o borrado, el dispositivo se mantuvo alejado de períodos de tiempo más largos. En términos técnicos, esto significa permanecer en un “estado de alta resistencia”.
Esta es una noticia importante porque uno de los mayores problemas con el diseño de la memoria es mantener los datos estables durante un período de tiempo. Si una memoria cambia cuando no debería, entonces dará como resultado una pérdida de datos o un error del sistema. Pero si Reram puede mantenerse de manera confiable, o en adelante, cuando sea necesario, entonces es una mejor opción para futuras tecnologías.
Aún mejor aún, los investigadores no solo probaron una pequeña pieza de material. Vieron cómo ocurrieron estas alteraciones en una superficie más grande: micrómetros severales en amplitud. Tener esa vista amplia ayudó a respaldar el hecho de que no son simplemente los defectos de oxígeno lo que importa, sino cómo se comportan los electrones en su presencia. Es la interacción entre los dos lo que da forma al rendimiento de la memoria.
El profesor Hong informó que los hallazgos ofrecen “un nuevo capítulo en la investigación y el desarrollo de varios dispositivos semiconductores de próxima generación basados en óxidos metálicos”.
Lo que esto significa para el futuro
Entonces, ¿cuál es la imagen general? Las tecnologías de memoria como Reram potencialmente tienen un efecto gigantesco en todo, desde teléfonos inteligentes y PC hasta inteligencia artificial. De hecho, la computación neuromórfica, una disciplina que intenta construir sistemas informáticos basados en el cerebro humano, se vuelve fuertemente en los tipos avanzados de memoria.
Esto se debe a que los procesadores neuromórficos necesitan memoria que pueda calcular y almacenar datos extremadamente rápido con apenas un susurro de potencia. Reram es perfecto para eso porque funciona mucho como la forma en que las neuronas aumentan dentro de su cerebro.
El trabajo llevado a cabo en Kaist nos acerca un paso a poder crear ese tipo de tecnología. Para los desarrolladores, ofrece sugerencias sobre cómo podrían diseñar dispositivos de memoria no solo rápidos, sino también estables y eficientes en energía. Para los fabricantes, les dice qué propiedades del material o técnicas de diseño podrían conducir a un mejor rendimiento.
Si bien el progreso hacia reemplazar totalmente la tecnología de memoria más antigua no está completo, este hallazgo proporciona uno de los planos más directos para lograrlo.
Los resultados de la investigación están disponibles en línea en la revista ACS Apliced Materiales e interfaces.
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