Os pesquisadores revelam como os materiais de memória ligam e desligam a eletricidade derretendo e congelando o telúrio em nanodispositivos, permitindo um design de semicondutores mais rápido e com eficiência energética.
(Notícias Nanowerk) À medida que a inteligência synthetic avança, os computadores exigem uma memória mais rápida e eficiente. A chave para semicondutores de altíssima velocidade e baixo consumo de energia está no princípio de “comutação” – o mecanismo pelo qual os materiais de memória ligam e desligam a eletricidade. Uma equipe de pesquisa sul-coreana capturou com sucesso o momento indescritível da comutação e seus princípios operacionais internos, derretendo e congelando momentaneamente materiais dentro de um dispositivo eletrônico microscópico.
Este estudo (Comunicações da Natureza, “A extinção criogênica no dispositivo permite telúrio amorfo robusto para comutação de limite”) fornece um plano básico para projetar materiais de memória de próxima geração que sejam mais rápidos e consumam menos energia com base em princípios fundamentais.
A equipe de pesquisa liderada pelo Professor Joonki Suh do nosso departamento (Engenharia Química e Biomolecular), em colaboração com a equipe do Professor Tae-Hoon Lee da Universidade Nacional de Kyungpook, anunciou o desenvolvimento de uma técnica experimental capaz de monitorar em tempo actual processos de comutação elétrica e mudanças de fase em nanodispositivos – fenômenos que antes eram difíceis de observar.
Para verificar a comutação elétrica, a equipe aplicou um método de fusão instantânea seguida de resfriamento rápido (extinção). Com isso, eles conseguiram implementar de forma estável o telúrio amorfo (a-Te) – um estado em que o telúrio é desordenado como o vidro – dentro de um nanodispositivo muito menor que um fio de cabelo humano. O telúrio é normalmente sensível ao calor e altera facilmente as propriedades quando a corrente é aplicada; no entanto, em seu estado amorfo, está atraindo atenção significativa como materials central para a memória da próxima geração devido à sua velocidade e eficiência energética.
Através deste estudo, a equipe identificou especificamente a tensão limite e as condições térmicas em que a comutação começa, bem como os segmentos onde ocorre a perda de energia. Com base nessas descobertas, eles observaram comutação estável e de alta velocidade, mesmo reduzindo a geração de calor. Isso permite o design de materiais de memória “baseado em princípios”, permitindo aos pesquisadores entender exatamente por que e quando a eletricidade começa a fluir.
Os resultados confirmaram que defeitos microscópicos no telúrio amorfo desempenham um papel essential na condução elétrica. Quando a tensão excede um certo limite, a eletricidade não flui de uma só vez; em vez disso, segue um processo de comutação em duas etapas: primeiro, um rápido aumento na corrente ao longo dos defeitos, seguido pelo acúmulo de calor que faz com que o materials derreta.
Além disso, a equipe implementou com sucesso um fenômeno de “auto-oscilação” – onde a tensão aumenta e diminui espontaneamente – conduzindo experimentos que mantiveram o estado amorfo sem fluxo excessivo de corrente. Isto demonstra que a comutação elétrica estável é possível usando apenas um único elemento de telúrio, sem a necessidade de combinações complexas de materiais.
Esta pesquisa é uma conquista significativa, pois implementa telúrio amorfo – um materials de memória de última geração – dentro de um dispositivo eletrônico actual e elucida sistematicamente os princípios fundamentais da comutação elétrica. Espera-se que essas descobertas sirvam como diretrizes essenciais para o projeto de materiais semicondutores para obter uma memória mais rápida e com maior eficiência energética no futuro.
“Este é o primeiro estudo a implementar telúrio amorfo em um ambiente de dispositivo do mundo actual e a esclarecer o mecanismo de comutação”, disse o professor Joonki Suh. “Isso estabelece um novo padrão para pesquisa em memória de próxima geração e materiais de comutação.”