Se desarrollan las bases de un nuevo concepto de chip de memoria

La nueva tecnología tiene el potencial de utilizar considerablemente menos energía que los chips producidos hasta la fecha; esto es importante no sólo para aplicaciones móviles, sino también para grandes centros de computación de datos. Los resultados se presentan en Nature Communications

Investigadores alemanes y suizos han logrado sentar las bases para un nuevo concepto de chip de memoria, uno de los componentes más básicos de los ordenadores.

   La nueva tecnología tiene el potencial de utilizar considerablemente menos energía que los chips producidos hasta la fecha; esto es importante no sólo para aplicaciones móviles, sino también para grandes centros de computación de datos. Los resultados se presentan en Nature Communications.

   La memoria de acceso aleatorio es donde los procesadores almacenan temporalmente sus datos, algo que es una función crucial. Los chips de memoria puramente eléctricos que se usan hoy en día tienen una desventaja significativa: «Esta memoria es volátil y su estado debe ser continuamente renovado», dice el Dr. Tobias Kosub, primer autor del estudio y post-doctoral del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). «Esto requiere mucha energía», añade.

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   Las consecuencias se pueden ver, por ejemplo, en grandes centros de computación. Por un lado, sus facturas de electricidad aumentan con el aumento de la potencia de cálculo. Por otro lado, los chips se calientan cada vez más en función de su consumo de energía. Los centros de datos están encontrando cada vez más difícil disipar este calor. Algunos operadores de la nube van tan lejos como para configurar sus granjas de servidores en regiones frías.

   Hay una alternativa a estos chips eléctricos de memoria. Los MRAM guardan los datos magnéticamente y por lo tanto no requieren una actualización constante. Sin embargo, requieren corrientes eléctricas relativamente grandes para escribir los datos en la memoria, lo que reduce la fiabilidad: «amenazan con desgastarse demasiado rápido y romper si se producen interrupciones durante el proceso de escritura o lectura», dice Kosub.

TENSIÓN ELÉCTRICA EN LUGAR DE CORRIENTE

   Por lo tanto, el mundo científico ha estado trabajando en las alternativas a los MRAM durante bastante tiempo. Una clase de material llamado «antiferromagnetos magnetoeléctricos» parece particularmente prometedor.

   Estos imanes son activados por una tensión eléctrica en lugar de por una corriente. «Estos materiales no pueden ser controlados fácilmente», explica Denys Makarov, líder del grupo HZDR. «Es difícil escribir datos y leerlos de nuevo.»

   Hasta ahora se ha supuesto que estos antiferromagnetos magnetoeléctricos sólo pueden ser leídos indirectamente a través de ferromagnetos, lo que, sin embargo, niega muchas de las ventajas. El objetivo es, por tanto, producir una memoria magnetoeléctrica puramente antiferromagnética (AF-MERAM).

   Esto es precisamente lo que equipos de investigación de Dresde y colegas de Basilea (Suiza) han logrado hacer. Desarrollaron un nuevo prototipo AF-MERAM basado en una delgada capa de óxido de cromo. Esto se inserta – como un relleno de sándwich – entre dos electrodos finos nanométricos. Si se aplica un voltaje a estos electrodos, el óxido de cromo «se mueve» en un estado magnético diferente – y el bit se escribe. La clave es que unos pocos voltios son suficientes.

   «A diferencia de otros conceptos, podríamos reducir el voltaje en un factor de cincuenta», dice Kosub. «Esto nos permite escribir un poco sin consumo excesivo de energía y calor». Un desafío particular era la capacidad de leer el bit escrito de nuevo.

   Para ello, los físicos colocaron una capa de platino nanométrica sobre la parte superior del óxido de cromo. El platino permite la lectura a través de un fenómeno eléctrico especial – el Efecto Hall Anómalo. La señal real es muy pequeña y está superpuesta por señales de interferencia.

   «Podríamos, sin embargo, desarrollar un método que suprimió la tormenta de interferencia, lo que nos permite obtener la señal útil», describe Makarov. «Este fue, de hecho, el gran avance». Los resultados parecen muy prometedores de acuerdo con el profesor Oliver G. Schmidt del Instituto Leibniz para el Estado Sólido y la Investigación de Materiales en Dresde, que también participó en el estudio: «Será emocionante perseguir cómo este nuevo enfoque se posicionará con respecto a los establecidos por la ecnología del silicio «. Ahora los investigadores están a punto de desarrollar el concepto aún más.

   «El material está trabajando hasta ahora a temperatura ambiente, pero sólo dentro de una estrecha ventana», dice Kosub. «Queremos ampliar considerablemente el rango alterando selectivamente el óxido de cromo». Para lograr esto, los colegas del Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea han hecho una importante contribución. Su nuevo método de investigación proporciona imágenes de las propiedades magnéticas del óxido de cromo por primera vez con resolución a nanoescala. Los expertos ahora intentan integrar varios elementos de memoria en un solo chip.

   Hasta ahora, sólo se ha realizado un solo elemento, que puede almacenar sólo un bit. El siguiente paso, crucial para posibles aplicaciones, es construir una matriz de varios elementos. «En principio, tales chips de memoria podrían ser producidos utilizando métodos estándar empleados por los fabricantes de ordenadores», dice Makarov. «Esta es una de las razones por las que la industria ha mostrado gran interés en estos componentes».

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