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Un paso hacia la memoria de carbono ultrarrápida
El grafeno, una hoja plana de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente, puede transportar electrones muy rápidamente. Esto lo ha convertido en un material prometedor para circuitos lógicos de alta radiofrecuencia, electrodos transparentes para pantallas planas flexibles y electrodos de gran superficie para ultracondensadores.
Unos y ceros: Al depositar un material ferroeléctrico encima del grafeno, los investigadores han persuadido al grafeno para que se aferre a dos niveles diferentes de conductividad eléctrica, que podrían servir como bits 1 y 0 en la memoria de la computadora.
Ahora, los investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han creado dispositivos de memoria de computadora utilizando grafeno. Este es el primer paso hacia una memoria que podría ser mucho más densa y rápida que la memoria magnética que se usa en los discos duros actuales. Los investigadores han creado cientos de prototipos de dispositivos de memoria de grafeno y funcionan de manera confiable, según Barbaros Ozyilmaz , el profesor de física que dirigió el trabajo presentado en una reunión reciente de la Sociedad Estadounidense de Física en Pittsburgh. El grafeno va a cambiar la industria electrónica, dice. Lo que faltaba era una forma de utilizar el grafeno como elemento de memoria. Hasta ahora casi no había interés porque no se pensaba que era factible.
La clave para hacer elementos de memoria es un material que puede tener dos estados diferentes. Esto se debe a que la memoria de la computadora se almacena en dos bits: 1 y 0. Los discos duros también deben ser no volátiles, lo que significa que el material debe poder mantenerse en esos estados sin requerir energía. Los discos duros actuales están hechos de aleaciones magnéticas de cobalto y almacenan bits como una de las dos orientaciones magnéticas de un área pequeña del disco.
Özyilmaz y sus colegas idearon una manera fácil de hacer que el grafeno mantenga sus dos niveles diferentes de conductividad o resistencia. Cambiar entre estos niveles requiere aplicar y eliminar un campo eléctrico. Los investigadores depositan una fina capa de material ferroeléctrico encima del grafeno. Los ferroeléctricos tienen un campo eléctrico intrínseco y la aplicación de un voltaje cambia la dirección del campo. El campo ferroeléctrico ayuda al grafeno a mantener su conductividad. Y, explica Özyilmaz, podemos cambiar la polarización del ferroeléctrico, que a su vez cambia la conductividad del grafeno.
La nueva idea de la memoria es emocionante porque es muy simple, dice Andre Geim , profesor de física en la Universidad de Manchester, Reino Unido, que aisló por primera vez hojas de grafeno a partir de grafito. Los ferroeléctricos son bien conocidos. También se sabe que un campo eléctrico cambia la resistividad del grafeno en un factor de típicamente 10. [Özyilmaz] combina esos dos hechos muy conocidos.
La memoria de grafeno tendría ventajas significativas sobre la memoria magnética actual. Los bits se pueden leer 30 veces más rápido porque los electrones se mueven rápidamente a través del grafeno. Además, la memoria podría ser más densa. Las áreas de bits en los discos duros tienen actualmente unas pocas decenas de nanómetros de diámetro. A densidades de 1 terabit por pulgada cuadrada, tendrán unos 25 nanómetros de diámetro, demasiado pequeños para mantener su dirección de magnetización. Con el grafeno, los bits podrían encogerse a 10 nanómetros o incluso más pequeños. De hecho, los dispositivos de memoria funcionarían mejor con áreas de grafeno más pequeñas. Investigadores de la Universidad de Stanford han demostrado que cortar el grafeno en cintas de unos pocos nanómetros de ancho mejora la diferencia entre sus dos estados de conductividad.
Los nuevos dispositivos de memoria prototipo, sin embargo, son rudimentarios. Los investigadores de Singapur toman escamas de grafeno de 2 micrómetros de ancho y las colocan sobre silicio. Luego depositan electrodos de oro y agregan una capa superior del ferroeléctrico. Özyilmaz dice que el tiempo de lectura del dispositivo es cinco veces más rápido que la memoria magnética actual. Los investigadores pueden cambiar el grafeno entre sus dos conductividades 100.000 veces: los dispositivos de memoria prácticos pasan por millones de ciclos.
Este no es el primer intento de hacer memoria de grafeno. En agosto de 2008 Cartas de dispositivos de electrones IEEE papel, investigadores de la empresa alemana de nanotecnología AMO describió dispositivos que podían cambiar entre dos estados de conductividad utilizando un campo eléctrico. Podríamos hacer un ciclo de 20 a 30 veces, pero no decenas de miles de veces, dice el físico Max Lemme, autor principal del artículo. Lemme especula que los grupos hidroxilo y el hidrógeno unidos a la superficie del grafeno se desprenden cuando se aplica corriente, cambiando la conductividad de la hoja. No se comprende bien por qué las láminas de grafeno mantienen su conductividad cuando se apaga la energía.
Geim, que participó en el trabajo de AMO, dice que cuando no se conoce el mecanismo, es difícil juzgar si, en principio, se puede hacer que este mecanismo sea confiable para que sea reproducible en muchos dispositivos de manera idéntica. Sin embargo, con el enfoque de los investigadores de Singapur, conocemos la física detrás de él y sus limitaciones. Con fundamentos bien conocidos detrás, parece una muy buena idea.