R+D CSIC

Materials foto-ferroelèctrics: emprar la llum per emmagatzemar informació

Investigadors de l'ICMAB han descobert que, mitjançant l'aplicació de polsos de llum, els materials ferroelèctrics fotosensibles poden passar d'un estat de baixa resistència a un d'alta resistència. Amb aquests materials s'han dissenyat memòries amb capacitat d'emmagatzemar informació permanent en diferents estats de resistència.

Els dispositius estudiats combinen funcions de sensor de llum i de memòria, i es comporten com un memristor, que és un dispositiu que pot mostrar múltiples estats de resistència segons l'estímul que ha rebut. És un dels dispositius bàsics per al desenvolupament de sistemes de computació neuromòrfica, una tecnologia en desenvolupament que imita el funcionament dels sistemes neuronals biològics. Per tant, el dispositiu desenvolupat permet explorar la seva integració en sistemes de visió neuromòrfica, on el sistema aprèn a reconèixer imatges.

Mentre que les memòries elèctriques comercials es basen en l'escriptura de la informació mitjançant polsos de corrent elèctric, el dispositiu desenvolupat amb material foto-ferroelèctric permetria emmagatzemar per mitjans òptics informació de forma permanent i sense necessitat d'utilitzar polsos elèctrics.

Aplicacions

Aquests nous dispositius es podrien aplicar en un futur per fer "sensors amb memòria" per a usar-se, per exemple, en càmeres de fotos, o en emmagatzematge de dades.

Actualment, ja hi ha aplicacions de dispositius de visió neuromòrfica en sistemes de conducció automàtica i robots. Però aquests dispositius estan compostos per una complexa circuiteria amb sensors, processadors i memòries, sent desitjable simplificar el seu sistema. I això és precisament el que aportaria el dispositiu desenvolupat: l'obtenció d'un element únic que integra tots aquests altres dispositius i aconsegueix emular les propietats funcionals de l'ull humà.

Ignasi Fina, investigador de l'ICMAB i coautor de l'estudi, explica que "els materials que mostren canvis de resistència sota la il·luminació són abundants, encara que l'efecte és típicament volàtil i el material recupera el seu estat inicial després d'algun temps de permanència. Per als dispositius que es van a utilitzar en la informàtica i l'emmagatzematge de dades en un futur, el control òptic no volàtil de la resistència elèctrica és d'interès. no volàtil vol dir que la informació roman en el dispositiu, fins i tot quan la font d'alimentació està apagada".

En els dispositius foto-ferroelèctrics estudiats, per escriure i canviar els estats ON/OFF, és a dir, per aconseguir resistències altes o baixes a el pas de corrent, s'utilitza un camp elèctric combinat amb un estímul òptic.

Aquests dispositius són eficients energèticament per dues raons principals: en primer lloc, el consum d'energia es redueix en el moment d'escriure l'estat de memòria, ja que no necessita un flux de corrent de càrrega. En segon lloc, com la informació s'emmagatzema de forma no volàtil, l'estat es conserva i no hi ha necessitat de refrescar la informació (reescriure) com es fa contínuament en les memòries DRAM actuals de tots els ordinadors, per exemple.

Aquest fenomen d'interruptor òptic observat no es limita als materials estudiats i, per tant, obre un camí cap a noves investigacions sobre aquest fenomen.

L'estudi s'ha publicat a la revista Nature Communications. Un dels autors, Ignasi Fina, ha estat premiat amb una beca Leonardo de la Fundació BBVA per seguir explorant aquest tema.

Referéncia:

Non-volatile optical switch of resistance in photoferroelectric tunnel junctions Xiao Long, Huan Tan, Florencio Sánchez, Ignasi Fina, Josep Fontcuberta Nature Communications, 2021 DOI: 10.1038/s41467-020-20660-9

• Anterior
• Següent