La nuova tecnologia può contenere da 10 a 100 volte più informazioni su un dispositivo ed elaborarle in un unico posto. La nuova memoria elabora i dati in modo simile alle sinapsi del cervello umano. Una caratteristica della memoria è la commutazione della resistenza, che è capace di una gamma continua di stati, a differenza della memoria tradizionale, che ha solo due stati: uno o zero.
Dispositivo prototipo basato sull'ossido di afnio, materiale già utilizzato nell'industria dei semiconduttori. La tecnologia è stata brevettata dalla Cambridge Business Enterprise.
Una potenziale soluzione al problema della memoria inefficiente del computer è un nuovo tipo di tecnologia nota come memoria a commutazione resistiva. I dispositivi di memoria convenzionali sono capaci di due stati: uno o zero. Un dispositivo di memoria a commutazione resistiva funzionante, tuttavia, sarebbe capace di una gamma continua di stati: i dispositivi di memoria del computer basati su questo principio sarebbero capaci di densità e velocità molto maggiori.
"Una tipica chiavetta USB a portata continua sarebbe in grado di contenere da dieci a cento volte più informazioni, ad esempio", ha affermato Hellenbrand.
Hellenbrand e i suoi colleghi hanno sviluppato un prototipo di dispositivo basato sull'ossido di afnio, un materiale isolante già utilizzato nell'industria dei semiconduttori. Il problema con l'utilizzo di questo materiale per applicazioni di memoria a commutazione resistiva è noto come problema di uniformità. A livello atomico, l’ossido di afnio non ha struttura, con gli atomi di afnio e ossigeno mescolati casualmente, rendendolo difficile da utilizzare per applicazioni di memoria.
Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che aggiungendo bario a film sottili di ossido di afnio, alcune strutture insolite cominciavano a formarsi, perpendicolari al piano dell'ossido di afnio, nel materiale composito.
Questi “ponti” verticali ricchi di bario sono altamente strutturati e consentono il passaggio degli elettroni, mentre l’ossido di afnio circostante rimane non strutturato. Nel punto in cui questi ponti incontrano i contatti del dispositivo si crea una barriera energetica che gli elettroni possono attraversare. I ricercatori sono riusciti a controllare l’altezza di questa barriera, che a sua volta modifica la resistenza elettrica del materiale composito.
"Ciò consente l'esistenza di più stati nel materiale, a differenza della memoria convenzionale che ha solo due stati", ha affermato Hellenbrand.
A differenza di altri materiali compositi, che richiedono costosi metodi di produzione ad alta temperatura, questi compositi di ossido di afnio si autoassemblano a basse temperature. Il materiale composito ha mostrato elevati livelli di prestazioni e uniformità, rendendolo altamente promettente per le applicazioni di memoria di prossima generazione.
Un brevetto sulla tecnologia è stato depositato da Cambridge Enterprise, il braccio di commercializzazione dell’Università.
"La cosa veramente interessante di questi materiali è che possono funzionare come una sinapsi nel cervello: possono archiviare ed elaborare informazioni nello stesso posto, come fa il nostro cervello, rendendoli molto promettenti per i campi in rapida crescita dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico", ha affermato Hellenbrand.
I ricercatori stanno ora collaborando con l’industria per condurre studi di fattibilità più ampi sui materiali, al fine di comprendere più chiaramente come si formano le strutture ad alte prestazioni. Poiché l'ossido di afnio è un materiale già utilizzato nell'industria dei semiconduttori, i ricercatori affermano che non sarebbe difficile integrarlo nei processi produttivi esistenti.
La ricerca è stata sostenuta in parte dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e dall’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), parte del UK Research and Innovation (UKRI).