Bits de potência / desempenho: 16 de novembro

Memória emissora de luz
Pesquisadores da National Taiwan Normal University e da Kyushu University propõem um 'memória emissora de luz' baseado em uma perovskita que pode armazenar e transmitir dados visualmente simultaneamente. A equipe usou a ideia em conjunto com a RAM resistiva (RRAM), na qual estados de alta e baixa resistência representam uns e zeros.

“As medições elétricas necessárias para verificar a resistência e ler zeros e uns da RRAM podem limitar a velocidade geral”, disse Chun-Chieh Chang, professor da National Taiwan Normal University. “Recentemente, para superar esse problema, as RRAMs foram combinadas com LEDs para desenvolver algo chamado memórias emissoras de luz. Neste caso, os dados também podem ser lidos verificando se o LED está aceso ou apagado. Esta leitura óptica adicional também abre novas rotas para transportar grandes quantidades de informação.”

No entanto, a fabricação de tal dispositivo revelou-se difícil. A equipe recorreu a uma perovskita que consiste em brometo de césio-chumbo (CsPbBr3) e mostrou que os dados podem ser escritos, apagados e lidos eletricamente em um dos dispositivos de perovskita que atua como uma RRAM. Simultaneamente, o segundo dispositivo de perovskita pode transmitir opticamente se os dados estão sendo gravados ou apagados por meio da emissão de luz, funcionando como uma célula eletroquímica emissora de luz com alta velocidade de transmissão.

“Usando apenas uma camada de perovskita entre os contatos, poderíamos fabricar um dispositivo que funciona tanto como RRAM quanto como célula eletroquímica emissora de luz”, explica Ya-Ju Lee, da National Taiwan Normal University, que também liderou o estudo. “Aproveitando o movimento iônico rápido e eletricamente comutável que permite essa funcionalidade dupla em uma única camada de perovskita, fomos capazes de conectar dois dispositivos e desenvolver uma memória emissora de luz de perovskita totalmente inorgânica.”

Além disso, os pesquisadores usaram pontos quânticos de perovskita de dois tamanhos diferentes para os dois dispositivos na memória emissora de luz para obter diferentes cores de emissão dependendo se a memória estava sendo escrita ou apagada, fornecendo um indicador em tempo real de uns e zeros.

“Esta demonstração amplia significativamente o escopo de aplicações da memória emissora de luz totalmente perovskita desenvolvida e pode servir como um novo paradigma de combinação sinérgica entre graus de liberdade eletrônicos e fotônicos em materiais de perovskita”, disse Kaoru Tamada, um distinto professor em Kyushu. Instituto Universitário de Química e Engenharia de Materiais. “Desde redes mesh multicast até sistemas de criptografia de dados, essas descobertas têm potencial para inúmeras aplicações em tecnologias de próxima geração.”

Geração de número aleatório
Pesquisadores da Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST), Universidade Soochow, Università di Modena e Reggio Emilia, Imec, Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia, Universidade de Granada, Universidade ShanghaiTech, Universidade Stanford, Universitat de Barcelona e Instituto Israelita de Tecnologia propõe usar memristores como gerador de números aleatórios.

“Os memristores são meta/isolantes/nanocélulas metálicas baseadas em materiais bidimensionais que possuem velocidade de operação rápida, baixo consumo de energia e durabilidade e tempo de retenção de dados muito longos, além de serem muito fáceis e baratos de fabricar”, disse Mario Lanza da KAUST . “Por esse motivo, os memristores estão sendo intensamente explorados para aplicações como memórias eletrônicas de alta densidade. Eles também são particularmente úteis para sistemas de criptografia porque podem produzir sinais eletrônicos flutuantes com um grau extraordinariamente alto de aleatoriedade.”

Os memristores produzem um tipo de ruído elétrico denominado ruído telegráfico aleatório (RTN), que pode ser usado para geração de números aleatórios. A equipe procurou projetar e fabricar um dispositivo memristor que apresentasse RTN estável ao longo do tempo.

“O principal desafio foi que a estrutura atômica do filme fino resistivo se degrada com o tempo, o que faz com que o sinal RTN desapareça”, disse Lanza. “Em nossos dispositivos, usamos nitreto de boro hexagonal multicamadas bidimensional, que é um material bidimensional que possui uma estrutura atômica muito estável e é imune a esse efeito.”

A equipe fabricou centenas de dispositivos usando métodos compatíveis com a indústria e os caracterizou usando uma série de técnicas, incluindo um teste de aleatoriedade envolvendo a geração de senhas de uso único.

“Um aspecto fundamental do nosso trabalho foi a utilização de processos de fabricação compatíveis com a indústria, o que facilita a integração em produtos comerciais”, disse Lanza. “Também apresentamos informações de rendimento e variabilidade para centenas de dispositivos; foi um esforço tremendo, mas dá mais confiabilidade ao nosso estudo.”

Encontrando materiais ferroelétricos
Pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia demonstraram ferroeletricidade em óxido de zinco substituído por magnésio.

Os materiais ferroelétricos possuem uma polarização elétrica espontânea como resultado de deslocamentos de cargas negativas e positivas dentro do material que podem ser reorientadas através da aplicação de um campo elétrico externo. Eles podem ser úteis para armazenamento de dados e memória porque permanecem em um estado polarizado sem energia adicional.

“Identificamos uma nova família de materiais a partir dos quais podemos fazer pequenos capacitores e podemos definir sua orientação de polarização de modo que sua carga superficial seja positiva ou negativa”, disse Jon-Paul Maria, professor de ciência e engenharia de materiais na Estado de Penn. “Essa configuração é não volátil, o que significa que podemos definir o capacitor para positivo, e ele permanece positivo, podemos configurá-lo para negativo, ele permanece negativo. E então podemos voltar e identificar como configuramos esse capacitor, digamos, uma hora atrás.”

Os novos materiais são feitos com filmes finos de óxido de zinco substituídos por magnésio. O filme foi cultivado por meio de deposição por pulverização catódica, um processo em que os íons de argônio são acelerados em direção aos materiais alvo, impactando-os com uma energia alta o suficiente para libertar átomos do alvo que contém magnésio e zinco. Os átomos de magnésio e zinco liberados viajam em fase de vapor até reagirem com o oxigênio e se acumularem em um substrato de óxido de alumínio revestido de platina e formarem os filmes finos.

“Este tipo de armazenamento não requer energia adicional”, disse Maria. “E isso é importante porque muitas das memórias de computador que usamos hoje requerem eletricidade adicional para sustentar a informação, e usamos uma quantidade substancial do orçamento energético americano em informação.”

“De modo geral, a ferroeletricidade ocorre frequentemente em minerais que são complicados do ponto de vista estrutural e químico”, disse Maria. “E a nossa equipa propôs há cerca de dois anos a ideia de que existem outros cristais mais simples nos quais este fenómeno útil poderia ser identificado, pois havia algumas pistas que nos fizeram propor esta possibilidade. Dizer ‘ferroelétricos em todos os lugares’ é um pouco como um jogo de palavras, mas captura a ideia de que havia materiais ao nosso redor que nos davam dicas, e que estávamos ignorando essas dicas por um longo tempo.”

Além disso, os filmes finos de óxido de zinco substituídos por magnésio podem ser depositados a temperaturas muito mais baixas do que outros materiais ferroelétricos.

“A esmagadora maioria dos materiais eletrônicos é preparada com o auxílio de altas temperaturas, e altas temperaturas significam algo entre 300 e 1000 graus Celsius (572 a 1835 graus Fahrenheit)”, disse Maria. “Sempre que você fabrica materiais em temperaturas elevadas, há muitas dificuldades. Eles tendem a ser dificuldades de engenharia, mas mesmo assim tornam tudo mais desafiador. Considere que todo capacitor precisa de dois contatos elétricos — se eu preparar minha camada ferroelétrica em altas temperaturas em pelo menos um desses contatos, em algum momento ocorrerá uma reação química indesejada. Então, quando você pode fazer coisas em baixas temperaturas, você pode integrá-las com muito mais facilidade.”

Os pesquisadores planejam continuar trabalhando no material, transformando-o em capacitores e avaliando a confiabilidade e a capacidade de fabricação.

Fonte: https://semiengineering.com/power-performance-bits-nov-16/