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Avance de EE. UU. en Semiconductores con Eficiencia Energética Impresionante Coloca al País en Posición de Desafiar a China en el Sector Tecnológico
El avance de la tecnología de almacenamiento de datos es un tema central en las investigaciones de materiales semiconductores, y un descubrimiento reciente promete transformar este campo.
Investigadores de la Universidad de Pensilvania, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del Instituto Indio de Ciencias (IISc) desarrollaron una técnica que amorfiza el seleneto de indio usando una corriente eléctrica, reduciendo drásticamente el consumo de energía de este proceso.
Qué es la Memoria de Cambio de Fase (PCM)
La Memoria de Cambio de Fase, conocida por la sigla PCM (del inglés Phase Change Memory), es una tecnología prometedora en el almacenamiento de datos que explora la capacidad de ciertos materiales para alterar su estado entre amorfo y cristalino.
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Este cambio de fase permite almacenar información de forma binaria, así como un sistema de encendido/apagado, similar al sistema binario de datos utilizado en computadoras.
Actualmente, el PCM se aplica en dispositivos como celulares y computadoras, pero aún enfrenta desafíos a gran escala debido al alto consumo de energía necesario para alterar la fase de los materiales.
Este proceso se realiza normalmente a través de fusión y templado, un método que exige un enfriamiento rápido después de que el material se calienta al estado líquido, impidiendo la formación de cristales.
Bella Ciervo
¡Semiconductores! El descubrimiento de los investigadores: reducción en el consumo de energía
En una colaboración reciente entre India y EE. UU., los investigadores descubrieron que es posible realizar un cambio de fase con un billonésimo de la energía necesaria en métodos eficientes, utilizando el seleneto de indio (In₂Se₃).
El uso de este material ambiental inaugura una nueva era para las capacidades de almacenamiento de datos, especialmente en dispositivos de baja potencia.
El proceso de amorfización, que transforma el material en una fase amorfa, se obtiene normalmente a través de calor extremo.
Sin embargo, el grupo liderado por Ritesh Agarwal, de la Universidad de Pensilvania, declaró, hace una década, que pulsos eléctricos podían lograr el mismo efecto en materiales a base de germanio, antimonio y telurio.
Más recientemente, el estudio se expandió para incluir el seleneto de indio, un semiconductor con propiedades únicas.
Propiedades Únicas del Seleneto de Indio
El seleneto de indio (In₂Se₃) posee características ferroeléctricas y piezoeléctricas, lo que significa que puede polarizarse espontáneamente y generar corriente eléctrica como respuesta al estrés mecánico. Estas propiedades facilitan el proceso de amorfización con menor consumo de energía.
Para entender mejor el proceso, Agarwal obtiene muestras del 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 notaron que el proceso de amorfización en In₂Se₃ ocurre de manera similar a un terremoto o avalancha.
El Fenómeno de la Avalancha y Terremoto en el Material
Durante la aplicación de una corriente eléctrica, pequeñas regiones del seleneto de indio, midiendo apenas un billonésimo de metro, comenzaron a amorfizar.
Las propiedades piezoeléctricas y la estructura del material generan inestabilidad, haciendo que porciones de 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 experimenta una propagación en cadena de cambios, similar a las ondas sísmicas que ocurren durante un terremoto. Estas ondas generan nuevas áreas amorfas, como una avalancha.
Es en este punto donde la energía se utiliza de manera más eficiente, ya que el proceso se autorrefuerza.
Impacto y Futuro de la Tecnología PCM con Seleneto de Indio
El descubrimiento trae nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos de memoria de bajo consumo. Shubham Parate, doctorando del IISc e integrante del estudio, describe la experiencia como “arrasadora” al observar todas estas características interactuando a diversas escalas.
El profesor Agarwal destaca que el descubrimiento abre nuevos horizontes en el área de transformaciones estructurales de materiales.
A partir de estas propiedades combinadas, es posible diseñar dispositivos de memoria con un consumo energético bastante reducido, lo que podría beneficiarse desde pequeños dispositivos móviles hasta grandes centros de procesamiento de datos, que demandan alta eficiencia.
Sin embargo, aún hay desafíos que enfrentar para que el PCM con seleneto de indio alcance el mercado de manera amplia. La comprensión completa de las interacciones entre las propiedades piezoeléctricas y ferroeléctricas de In₂Se₃ es crucial para mejorar la eficiencia del proceso y sus previsiones en escalas industriales.
Conclusión
El estudio realizado por investigadores de la Universidad de Pensilvania, MIT e IISc indica un futuro prometedor para el almacenamiento de datos en dispositivos con bajo consumo energético.
Al utilizar corrientes eléctricas para amorfizar el seleneto de indio, fue posible reducir drásticamente el consumo de energía del proceso de cambio de fase.
Esta innovación tecnológica puede ser una clave para resolver uno de los mayores problemas del PCM, proporcionando un almacenamiento más eficiente y sostenible.
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