Tecnologia Científica

Armazenando dados em metais 2D
Os pesquisadores inventaram uma maneira de deslizar camadas atomicamente finas de materiais 2D uma sobre a outra para armazenar mais dados, em menos espaço e usando menos energia.
Por Andrew Myers - 30/06/2020

Uma equipe liderada por Stanford inventou uma maneira de armazenar dados deslizando camadas atômicas finas de metal uma sobre a outra, uma abordagem que poderia agrupar mais dados em menos espaço do que os chips de silício, além de consumir menos energia.

Isso ilustra como uma tecnologia de memória experimental
armazena dados alterando a posição relativa de três camadas
atomicamente finas de metal, representadas como bolas de ouro. As
cores em turbilhão revelam como uma mudança na camada do
meio afeta o movimento dos elétrons de uma maneira que
codifica os zeros e digitais. (Crédito da imagem: Ella Maru Studios)

A pesquisa, liderada por Aaron Lindenberg , professor associado de ciência e engenharia de materiais em Stanford e no SLAC National Accelerator Laboratory, seria uma atualização significativa do tipo de armazenamento de memória não volátil que os computadores atuais realizam com tecnologias baseadas em silício como chips flash.

O engenheiro mecânico da UC Berkeley, Xiang Zhang , o cientista de materiais A&M do Texas, Xiaofeng Qian , e o professor de Ciência e Engenharia de Materiais de Stanford / SLAC, Thomas Devereaux, também ajudaram a dirigir os experimentos, descritos na revista Nature Physics.A inovação é baseada em uma classe de metais recém-descoberta que forma camadas incrivelmente finas, neste caso com apenas três átomos de espessura. Os pesquisadores empilharam essas camadas, feitas de um metal conhecido como ditelluride de tungstênio, como um baralho em nanoescala. Ao injetar um pouquinho de eletricidade na pilha, eles fizeram com que cada camada com número ímpar se deslocasse levemente em relação às camadas com números pares acima e abaixo dela. A compensação foi permanente, ou não volátil, até que outro choque elétrico causou o realinhamento das camadas ímpares e pares.

"Pequenos ajustes nessas camadas ultrafinas exercem uma grande influência em suas propriedades funcionais. Podemos usar esse conhecimento para projetar dispositivos novos e com eficiência de energia em direção a um futuro sustentável e inteligente. ”


"A organização das camadas se torna um método para codificar informações", diz Lindenberg, criando os 1s e 0s on-off que armazenam dados binários.

Para ler os dados digitais armazenados entre essas camadas variáveis ​​de átomos, os pesquisadores exploram uma propriedade quântica conhecida como curvatura de Berry, que age como um campo magnético para manipular os elétrons no material para ler o arranjo das camadas sem perturbar a pilha.

Jun Xiao, um pós-doutorado no laboratório de Lindenberg e primeiro autor do artigo, disse que é preciso muito pouca energia para mudar as camadas de um lado para o outro. Isso significa que deve levar muito menos energia para "gravar" zero ou um no novo dispositivo do que o necessário para as tecnologias de memória não volátil de hoje. Além disso, com base em pesquisas do mesmo grupo publicado na Nature no ano passado, o deslizamento das camadas atômicas pode ocorrer tão rapidamente que o armazenamento de dados pode ser realizado mais de cem vezes mais rápido do que com as tecnologias atuais.

O design do dispositivo protótipo foi baseado em parte em cálculos teóricos contribuídos pelos co-autores Xiaofeng Qian, professor assistente da Universidade Texas A&M e Hua Wang, estudante de pós-graduação em seu laboratório. Depois que os pesquisadores observaram resultados experimentais consistentes com as previsões teóricas, eles fizeram cálculos adicionais que os levaram a acreditar que refinamentos adicionais em seu design melhorariam muito a capacidade de armazenamento dessa nova abordagem, abrindo caminho para uma mudança em direção a uma nova e distante classe mais poderosa de memória não volátil usando materiais 2D ultrafinos.

A equipe patenteou sua tecnologia enquanto aprimora ainda mais seu protótipo e design de memória. Eles também planejam procurar outros materiais 2D que possam funcionar ainda melhor como meio de armazenamento de dados do que o ditelluride de tungstênio.

“A conclusão científica aqui”, acrescenta Lindenberg, “é que pequenos ajustes nessas camadas ultrafinas exercem uma grande influência em suas propriedades funcionais. Podemos usar esse conhecimento para projetar dispositivos novos e com eficiência de energia em direção a um futuro sustentável e inteligente. ”

Aaron Lindenberg também é professor associado, Photon Science Directorate, afiliado do Precourt Institute for Energy e pesquisador principal do Stanford Institute for Materials and Energy Sciences . Thomas Devereaux também é professor, Diretor de Ciência de Fótons e diretor do Instituto Stanford de Ciências de Materiais e Energia . Outros co-autores de Stanford incluem cientistas da equipe Das Pemmaraju, estudante de pós-graduação Philipp Karl Muscher e afiliados da universidade Edbert Jarvis Sie e Clara M. Nyby. Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley e Texas A&M University, também contribuíram para este trabalho.

Experiências e colaborações teóricas no Stanford / SLAC National Accelerator Laboratory foram financiadas pelo Departamento de Energia dos EUA, Divisão de Ciências e Engenharia de Materiais, através do Instituto Stanford de Ciências de Materiais e Energia (SIMES). Os esforços teóricos no TAMU foram apoiados pela US National Science Foundation. As experiências e a fabricação de dispositivos em Berkeley foram financiadas pelo Departamento de Energia, Ciências dos Materiais e Engenharia dos EUA e pelo Escritório de Pesquisa Patrocinada da Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST), respectivamente.

 

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