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Los avances estadounidenses en semiconductores con una impresionante eficiencia energética colocan al país en condiciones de desafiar a China en el sector tecnológico.
O avance de la tecnología de almacenamiento de datos es un tema central en la investigación de materiales semiconductores, y un descubrimiento reciente promete transformar este campo.
Investigadores de Universidad de Pensilvania, Yo Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y Instituto Indio de Ciencias (IISc) desarrolló una técnica que amorfiza el seleniuro de indio mediante una corriente eléctrica, reduciendo drásticamente el consumo de energía. energia de este proceso.
¿Qué es la memoria de cambio de fase (PCM)?
Memoria de cambio de fase, conocida por las siglas PCM (de la memoria de cambio de fase en inglés), es una prometedora tecnología de almacenamiento de datos que explota la capacidad de ciertos materiales para cambiar su estado entre amorfo y cristalino.
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Este cambio de fase permite almacenar la información en forma binaria, así como un sistema de encendido/apagado, similar al sistema de datos binarios utilizado en las computadoras.
Actualmente, el PCM se aplica en dispositivos como celulares y computadoras, pero aún enfrenta desafíos de gran escala debido al alto consumo de energía requerido para cambiar la fase de los materiales.
Este proceso generalmente se logra mediante fusión y enfriamiento, un método que requiere un enfriamiento rápido después de que el material se calienta a un estado líquido, evitando que se formen cristales.
Bella Ciervo
Semiconductores! El descubrimiento de los investigadores: reducción del consumo de energía
En una colaboración reciente entre India y Estados Unidos, los investigadores descubrieron que es posible realizar un cambio de fase con una milmillonésima parte de la energía requerida en métodos eficientes que utilizan el índice seleniuro (In₂Se₃).
El uso de este material ambiental marca el comienzo de una nueva era para las capacidades de almacenamiento de datos, especialmente en dispositivos de bajo consumo.
El proceso de amorfización, que transforma el material en una fase amorfa, normalmente se logra mediante calor extremo.
Sin embargo, el grupo liderado por Ritesh Agarwal, de la Universidad de Pensilvania, declaró, hace una década, que los pulsos eléctricos podrían conseguir el mismo efecto en materiales a base de germanio, antimonio y telurio.
Más recientemente, el estudio se ha ampliado para incluir el seleniuro de indio, un semiconductor con propiedades únicas.
Propiedades únicas del seleniuro de indio
El seleniuro de indio (In₂Se₃) tiene características ferroeléctricas y piezoeléctricas, lo que significa que puede polarizarse espontáneamente y generar corriente eléctrica en respuesta a la tensión mecánica. Estas propiedades facilitan el proceso de amorfización con un menor consumo energético.
Para comprender mejor el proceso, Agarwal toma muestras de material del profesor Pavan Nukala del Instituto Indio de Ciencias (IISc).
Nukala y su equipo utilizaron un conjunto avanzado de herramientas de microscopía in situ para observar las características. Los científicos han notado que el proceso de amorfización en In₂Se₃ ocurre de manera similar a un terremoto o una avalancha.
El fenómeno de avalancha y terremoto en el material.
Durante la aplicación de una corriente eléctrica, pequeñas regiones de seleniuro de indio, que miden apenas una milmillonésima de metro, comenzaron a amorfizarse.
Las propiedades piezoeléctricas y la estructura del material generan inestabilidad, lo que hace que porciones del In₂Se₃ cambien de posición, similar al movimiento de la nieve en una montaña a punto de colapsar.
Cuando la deformación alcanza un punto crítico, el material sufre una cadena de cambios que se propaga, similar a las ondas sísmicas que ocurren durante un terremoto. Estas ondas generan nuevas zonas amorfas, como una avalancha.
Es en este punto cuando la energía se utiliza de forma más eficiente, ya que el proceso se refuerza a sí mismo.
Impacto y futuro de la tecnología PCM con seleniuro de indio
El descubrimiento abre nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos de memoria de bajo consumo. Shubham Parate, estudiante de doctorado en el IISc y parte del estudio, describe la experiencia como “abrumadora” al observar todas estas características interactuando en diferentes escalas.
El profesor Agarwal destaca que el descubrimiento abre nuevos horizontes en el área de las transformaciones estructurales de materiales.
Basándose en estas propiedades combinadas, es posible diseñar dispositivos de memoria con un consumo energético muy reducido, que podrían beneficiarse desde pequeños dispositivos móviles hasta grandes centros de procesamiento de datos, que exigen una alta eficiencia.
Sin embargo, todavía quedan desafíos por enfrentar para que PCM con seleniuro de indio llegue ampliamente al mercado. Comprender a fondo las interacciones entre las propiedades piezoeléctricas y ferroeléctricas del In₂Se₃ es crucial para mejorar la eficiencia del proceso y las predicciones a escalas industriales.
Conclusión
El estudio realizado por investigadores de la Universidad de Pensilvania, el MIT y el IISc apunta a un futuro prometedor para el almacenamiento de datos en dispositivos de bajo consumo energético.
Mediante el uso de corrientes eléctricas para amorfizar el seleniuro de indio, fue posible reducir drásticamente el consumo de energía del proceso de cambio de fase.
Esta innovación tecnológica podría ser clave para resolver uno de los mayores problemas de PCM al proporcionar un almacenamiento más eficiente y sostenible.
