A nova tecnologia pode armazenar de 10 a 100 vezes mais informações em um dispositivo e processá-las em um só lugar. A nova memória processa dados de maneira semelhante às sinapses no cérebro humano. Uma característica da memória é a comutação por resistência, que é capaz de uma faixa contínua de estados, ao contrário da memória tradicional, que possui apenas dois estados: um ou zero.
Protótipo de dispositivo à base de óxido de háfnio, material já utilizado na indústria de semicondutores. A tecnologia foi patenteada pela Cambridge Business Enterprise.
Uma solução potencial para o problema da memória ineficiente do computador é um novo tipo de tecnologia conhecido como memória de comutação resistiva. Dispositivos de memória convencionais são capazes de dois estados: um ou zero. Um dispositivo de memória de comutação resistiva funcional, entretanto, seria capaz de uma gama contínua de estados – dispositivos de memória de computador baseados neste princípio seriam capazes de densidade e velocidade muito maiores.
“Um stick USB típico baseado em alcance contínuo seria capaz de armazenar entre dez e 100 vezes mais informações, por exemplo”, disse Hellenbrand.
Hellenbrand e seus colegas desenvolveram um protótipo de dispositivo baseado em óxido de háfnio, um material isolante que já é utilizado na indústria de semicondutores. O problema do uso deste material para aplicações de memória de comutação resistiva é conhecido como problema de uniformidade. No nível atômico, o óxido de háfnio não tem estrutura, com os átomos de háfnio e oxigênio misturados aleatoriamente, tornando-o um desafio para uso em aplicações de memória.
No entanto, os investigadores descobriram que ao adicionar bário a películas finas de óxido de háfnio, algumas estruturas incomuns começaram a formar-se, perpendiculares ao plano do óxido de háfnio, no material compósito.
Estas “pontes” verticais ricas em bário são altamente estruturadas e permitem a passagem de electrões, enquanto o óxido de háfnio circundante permanece não estruturado. No ponto onde essas pontes encontram os contatos do dispositivo, foi criada uma barreira de energia, que os elétrons podem atravessar. Os pesquisadores conseguiram controlar a altura dessa barreira, o que por sua vez altera a resistência elétrica do material compósito.
“Isso permite que existam vários estados no material, ao contrário da memória convencional, que possui apenas dois estados”, disse Hellenbrand.
Ao contrário de outros materiais compósitos, que requerem métodos caros de fabricação em alta temperatura, esses compósitos de óxido de háfnio se automontam em baixas temperaturas. O material compósito apresentou altos níveis de desempenho e uniformidade, tornando-o altamente promissor para aplicações de memória de próxima geração.
Uma patente da tecnologia foi registrada pela Cambridge Enterprise, o braço de comercialização da Universidade.
“O que é realmente interessante sobre esses materiais é que eles podem funcionar como uma sinapse no cérebro: eles podem armazenar e processar informações no mesmo lugar, como nossos cérebros podem, o que os torna altamente promissores para os campos de IA e aprendizado de máquina em rápido crescimento”, disse Helenbrand.
Os investigadores estão agora a trabalhar com a indústria para realizar estudos de viabilidade mais amplos sobre os materiais, a fim de compreender mais claramente como se formam as estruturas de alto desempenho. Como o óxido de háfnio é um material já utilizado na indústria de semicondutores, os pesquisadores afirmam que não seria difícil integrá-lo aos processos de fabricação existentes.
A pesquisa foi apoiada em parte pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA e pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI).