Establecer protones para alimentar la memoria de próxima generación d

Un equipo internacional dirigido por KAUST descubrió que un enfoque mediado por protones que produce transiciones multifásicas en materiales ferroeléctricos podría ayudar a desarrollar dispositivos de memoria de alto rendimiento, como chips informáticos inspirados en el cerebro o en los nervios.^[1].

Los electroimanes, como el seleniuro de indio, son materiales intrínsecamente polarizados que cambian de polaridad cuando se colocan en un campo eléctrico, lo que los hace atractivos para crear tecnologías de memoria. Además de requerir voltajes operativos bajos, los dispositivos de memoria resultantes muestran una resistencia máxima de lectura/escritura y excelentes velocidades de escritura, pero su capacidad de almacenamiento es baja. Esto se debe a que los métodos actuales solo pueden producir unas pocas fases ferroeléctricas, dice Shen He, quien codirigió el estudio con Fei Xue y Xixiang Zhang, y capturar estas fases es un desafío experimental.

Ahora, el método del equipo se basa en un protón de seleniuro de indio para generar muchas fases ferroeléctricas. Los investigadores incorporaron el material ferroeléctrico en un transistor que consiste en una heteroestructura con respaldo de silicio para su evaluación.

Depositaron una película multicapa de seleniuro de indio sobre la heteroestructura, que consiste en una lámina aislante de óxido de aluminio intercalada entre una capa de platino en la parte inferior y una sílice porosa en la parte superior. Mientras que la capa de platino actúa como electrodo para el voltaje aplicado, la sílice porosa actuó como electrolito y suministró protones a la película fotovoltaica.

Los investigadores inyectaron o eliminaron gradualmente protones de la película ferroeléctrica cambiando el voltaje aplicado. Esto produjo de forma reversible muchas fases ferroeléctricas con diferentes grados de protonación, lo cual es crítico para implementar dispositivos de memoria multinivel con gran capacidad de almacenamiento.

Los voltajes aplicados positivos más altos impulsaron la protonación, mientras que los voltajes negativos con amplitudes más altas agotaron los niveles de protones en mayor medida.

Los niveles de protones también diferían según la proximidad de la capa de película a la sílice. Alcanzó valores máximos en la capa inferior que estuvo en contacto con la sílice, y disminuyó por etapas hasta alcanzar cantidades mínimas en la capa superior.

Inesperadamente, las fases ferroeléctricas inducidas por protones volvieron a su estado inicial cuando se apagó el voltaje aplicado. «Observamos este fenómeno inusual porque los protones se difundieron fuera del material y dentro de la sílice», explica Xue.

Al fabricar una película que muestra una interfaz suave y continua con sílice, el equipo obtuvo un dispositivo de inyección de protones altamente eficiente que funciona a menos de 0,4 eV, clave para desarrollar dispositivos de memoria de baja energía. “El mayor desafío que enfrentamos fue reducir el voltaje de activación, pero nos dimos cuenta de que la eficiencia de la inyección de protones en la interfaz controla el voltaje de activación y se puede ajustar en consecuencia”, dice Xue.

«Estamos comprometidos con el desarrollo de chips informáticos de neurohierro que consumen menos energía y funcionan más rápido», dice Xue.