Las pilas de ion-litio inspiran un eficiente dispositivo de memoria

Prácticamente todos los dispositivos digitales que realizan cualquier tipo de procesamiento de información requieren una memoria rápida que pueda contener temporalmente las entradas, resultados parciales y salidas de las operaciones llevadas a cabo.

En las computadoras, esta memoria se conoce como memoria dinámica de acceso aleatorio o DRAM. La velocidad de DRAM es importante y puede tener un impacto significativo en la velocidad general del sistema. Además, reducir el consumo de energía de los dispositivos de memoria se ha convertido recientemente en un tema candente para lograr una computación altamente eficiente en energía. Por lo tanto, muchos estudios se han centrado en probar nuevas tecnologías de memoria para superar el rendimiento de la DRAM convencional.

Las unidades más básicas en un chip de memoria son sus celdas de memoria. Cada celda generalmente almacena un solo bit adoptando y manteniendo uno de los dos valores de voltaje posibles, que corresponden a un valor almacenado de cero o uno. Las características de la celda individual determinan en gran medida el rendimiento del chip de memoria general. Las celdas más simples y pequeñas con alta velocidad y bajo consumo de energía serían ideales para llevar la computación altamente eficiente al siguiente nivel.

Un equipo de investigación de Tokyo Tech dirigido por el profesor Taro Hitosugi y el estudiante Yuki Watanabe alcanzó recientemente un nuevo hito en esta área. Estos investigadores habían desarrollado previamente un nuevo dispositivo de memoria inspirado en el diseño de baterías sólidas de iones de litio. Consistía en una pila de tres capas sólidas hechas de litio, fosfato de litio y oro.

Esta pila es esencialmente una batería en miniatura de baja capacidad que funciona como una celda de memoria; se puede cambiar rápidamente entre estados cargados y descargados que representan los dos valores posibles de un bit. Sin embargo, el oro se combina con el litio para formar una capa de aleación gruesa, lo que aumenta la cantidad de energía requerida para cambiar de un estado a otro.

En su último estudio, los investigadores crearon una celda de memoria similar de tres capas usando níquel en lugar de oro. Esperaban mejores resultados con el níquel porque no forma fácilmente aleaciones con litio, lo que conduciría a un menor consumo de energía al cambiar.

El dispositivo de memoria que produjeron fue mucho mejor que el anterior; en realidad podría contener tres estados de voltaje en lugar de dos, lo que significa que es un dispositivo de memoria de tres valores.

«Este sistema puede verse como una batería de litio de película delgada de capacidad extremadamente baja con tres estados cargados», explica el profesor Hitosugi. Esta es una característica muy interesante con ventajas potenciales para implementaciones de memoria de tres valores, que pueden ser más eficientes en el área. Los resultados se publican en 'Applied Materials Interfaces'.

Los investigadores también encontraron que el níquel forma una capa muy delgada de óxido de níquel entre el Ni y las capas de fosfato de litio, y esta capa de óxido es esencial para el cambio de baja energía del dispositivo. La capa de óxido es mucho más delgada que la de las aleaciones de oro y litio que se formaron en su dispositivo anterior, lo que significa que esta nueva celda de «mini batería» tiene una capacidad muy baja y, por lo tanto, se cambia rápida y fácilmente entre estados mediante la aplicación de corrientes minúsculas . «El potencial para un consumo de energía extremadamente bajo es la ventaja más notable de este dispositivo», comenta el profesor Hitosugi.

Mayor velocidad, menor consumo de energía y menor tamaño son características deseables para futuros dispositivos de memoria. La célula de memoria desarrollada por este equipo de investigación es un trampolín prometedor hacia una informática mucho más mucho más eficiente y más rápida.