Almacenamiento de información con luz: materiales foto-ferroeléctricos

20 de enero de 2021 (Noticias de Nanowerk) ¿Te imaginas controlar las propiedades de un material con solo iluminarlo? Estamos acostumbrados a ver que la temperatura de los materiales aumenta cuando se exponen al sol. Pero la luz también puede tener efectos más sutiles. De hecho, los fotones de luz pueden crear pares de portadores de carga gratuita en materiales que de otro modo serían aislantes. Este es el principio básico de los paneles fotovoltaicos que utilizamos para recolectar energía eléctrica del sol. En un nuevo giro, un cambio de las propiedades de los materiales inducido por la luz podría usarse en dispositivos de memoria, permitiendo un almacenamiento de información más eficiente y un acceso y computación más rápidos. Este, de hecho, es uno de los desafíos actuales de nuestra sociedad: ser capaz de desarrollar dispositivos electrónicos de alto rendimiento disponibles comercialmente que sean, al mismo tiempo, energéticamente eficientes. Dispositivos electrónicos más pequeños que tienen un menor consumo de energía y un alto rendimiento y versatilidad. Ahora, investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB, CSIC) han estudiado materiales ferroeléctricos fotosensibles integrados en dispositivos que explotan nanotecnologías y efectos cuánticos. Los elementos de memoria se han diseñado para almacenar información no volátil en distintos estados de resistencia (ON / OFF). Se ha descubierto que, cuando se diseñan correctamente, su resistencia eléctrica puede modularse mediante luz pulsada. Esto significa que pueden pasar de un estado de baja resistencia a uno de alta resistencia simplemente mediante la aplicación de pulsos de luz. “Los materiales que muestran cambios de resistencia bajo iluminación son abundantes, aunque el efecto es típicamente volátil y el material recupera su estado inicial después de un tiempo de permanencia”, dice el investigador del ICMAB Ignasi Fina, coautor del estudio (Naturaleza de Comunicaciones, “Interruptor óptico de resistencia no volátil en uniones de túneles fotoferroeléctricos”). “Para los dispositivos que se utilizarán en la informática y el almacenamiento de datos, el control óptico no volátil de la resistencia eléctrica es de interés potencial” y agrega “para los no volátiles, queremos decir que la información se puede retener almacenada en el dispositivo, incluso cuando la energía esta apagado". Un fotón invierte el estado binario 0/1 de un dispositivo de memoria. (Imagen: ICMAB) Actualmente se requieren dos dispositivos diferentes para usar señales ópticas para el almacenamiento de datos no volátiles: sensores optoelectrónicos y dispositivos de memoria. El estudio del ICMAB recoge estas propiedades en un único material capaz de modular su resistencia por luz pulsada: un material foto-ferroeléctrico. Los materiales ferroeléctricos tienen polarización eléctrica no volátil espontánea conmutable eléctricamente. En películas ferroeléctricas ultrafinas de dicho material intercaladas entre metales apropiados, aparece un efecto de fenómeno mecánico cuántico llamado corriente de túnel. Este efecto permite un flujo de corriente de carga a través de la capa ferroeléctrica, que es realmente aislante, en una cantidad que depende de la dirección de su polarización. En los dispositivos explorados, primero se usa un campo eléctrico una vez para escribir los estados ON / OFF, y se combina con el estímulo óptico para promover el cambio de estados ON / OFF y modular reversiblemente la resistencia (de alta a baja, y viceversa). Estos dispositivos son energéticamente eficientes por dos razones principales: en primer lugar, el consumo de energía se reduce cuando se escribe el estado de la memoria, ya que no necesita ningún flujo de corriente de carga. En segundo lugar, como la información se almacena de manera no volátil, el estado se conserva y no es necesario actualizar la información (reescritura) como se hace continuamente en las memorias RAM actuales de todos los ordenadores, por ejemplo. El interruptor óptico observado no se restringe a los materiales estudiados y, por tanto, abre un camino hacia nuevas investigaciones sobre este fenómeno. En cuanto a futuras aplicaciones, Ignasi Fina prevé lo siguiente: “Los dispositivos estudiados combinan funciones de sensor de luz y memoria. Además, como se muestra en el estudio, el dispositivo se comporta como un memristor. Un memristor es un dispositivo que puede mostrar múltiples estados de resistencia según el estímulo que ha recibido, y es uno de los dispositivos básicos para el desarrollo de sistemas informáticos neuromórficos. Por tanto, el dispositivo desarrollado abre un camino a explorar en relación a su integración en sistemas de visión neuromórfica, donde el sistema aprende a reconocer imágenes ”.

Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57060.php