Ciencia.-Un viejo material da la talla para nuevos dispositivos de memoria

MADRID, 22 (EUROPA PRESS)

Han identificado una ruta energéticamente eficiente mediante la síntesis de una versión de capa delgada de titanato de bario (BaTiO3) cuyas propiedades son exactamente las que se necesitan para los dispositivos de próxima generación.

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A pesar de la mejora constante de la eficiencia informática, se prevé que la tecnología de la información consuma alrededor del 25 % de toda la energía primaria producida para 2030. Los investigadores de las comunidades de microelectrónica y ciencias de los materiales buscan formas de gestionar de forma sostenible la necesidad mundial de potencia informática.

El santo grial para reducir esta demanda digital es desarrollar microelectrónica que opere a voltajes mucho más bajos, lo que requeriría menos energía y es un objetivo principal de los esfuerzos para ir más allá del CMOS (semiconductor complementario de óxido de metal) de dispositivos de última generación.

Existen materiales que no son de silicio con propiedades tentadoras para la memoria y los dispositivos lógicos; pero su forma masiva común aún requiere grandes voltajes para manipular, lo que los hace incompatibles con la electrónica moderna. Sigue siendo un desafío diseñar alternativas de película delgada que no solo funcionen bien a voltajes operativos bajos, sino que también puedan empaquetarse en dispositivos microelectrónicos.

Descubierto por primera vez hace más de 80 años, el titanato de bario (BaTiO3) encontró uso en varios capacitores para circuitos electrónicos, generadores ultrasónicos, transductores e incluso sonar.

Los cristales del material responden rápidamente a un pequeño campo eléctrico, cambiando la orientación de los átomos cargados que componen el material de manera reversible pero permanente, incluso si se elimina el campo aplicado. Esto proporciona una forma de cambiar entre los estados proverbiales "0" y "1" en los dispositivos de almacenamiento de memoria y lógica, pero aún requiere voltajes superiores a 1,000 milivoltios (mV) para hacerlo.

Buscando aprovechar estas propiedades para su uso en microchips, el equipo dirigido por Berkeley Lab desarrolló una vía para crear películas de BaTiO3 de solo 25 nanómetros de espesor, menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano, cuya orientación de átomos cargados, o polarización, cambia como rápida y eficientemente como en la versión masiva.

"Conocemos el BaTiO3 durante casi un siglo y sabemos cómo hacer películas delgadas de este material durante más de 40 años. Pero hasta ahora, nadie podía hacer una película que pudiera acercarse a la estructura o el rendimiento que podría lograrse a granel", dijo en un comunicado Lane Martin, científico de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales (MSD) en Berkeley Lab y profesor de ciencia de materiales y ingeniería en UC Berkeley que dirigió el trabajo.

Históricamente, los intentos de síntesis han dado como resultado películas que contienen concentraciones más altas de "defectos" (puntos en los que la estructura difiere de una versión idealizada del material) en comparación con las versiones masivas. Una concentración tan alta de defectos afecta negativamente el rendimiento de las películas delgadas. Martin y sus colegas desarrollaron un enfoque para hacer crecer las películas que limita esos defectos. Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Materials.