Los investigadores de la Universidad de Tohoku en Japón han logrado un gran avance en el desarrollo de una memoria de cambio de fase no volátil, un tipo de memoria electrónica que puede almacenar datos incluso cuando se corta la energía. Los científicos han descubierto una conmutación térmicamente reversible de la resistividad eléctrica a temperatura ambiente en un níquel en capas, que ofrece potencialmente un mejor rendimiento y una sostenibilidad superior.
Hasta ahora, la memoria de cambio de fase se ha desarrollado principalmente utilizando calcogenuros, un grupo de materiales que se sabe que exhiben cambios eléctricos reversibles cuando pasan de sus estados cristalinos a amorfos. Los niquelatos en capas son una clase de materiales de óxido complejos compuestos de iones de níquel. Presentan una estructura en capas, donde planos de átomos de níquel y oxígeno se intercalan con capas que contienen otros elementos, a menudo elementos alcalinotérreos o de tierras raras.
El niquelato en capas particular de los investigadores está compuesto por capas de átomos de estroncio, bismuto y oxígeno en una disposición estructural de ‘sal de roca’, intercaladas con capas de moléculas de átomos de estroncio, níquel y oxígeno en una estructura de perovskita. Las perovskitas tienen una serie de propiedades que abarcan desde la superconductividad hasta la ferroelectricidad, una polarización eléctrica espontánea que puede revertirse mediante la aplicación de un campo eléctrico.
Esta última característica es de particular interés con respecto a la memoria de cambio de fase no volátil, ya que esta última se basa en la capacidad de un material para cambiar entre dos estados de resistividad eléctrica de manera reversible. Hasta ahora, la reversibilidad ha sido demostrada en varios calcogenuros.
Fácil integración en los procesos de fabricación de dispositivos
Los investigadores descubrieron que su niquelato en capas particular exhibe un cambio de fase cristalina térmicamente reentrante. Esto se refiere a un tipo de cambio de fase que ocurre cuando un material sufre una transición reversible entre tres fases cristalinas al calentarse y enfriarse.
Esto contrasta con un cambio de fase típico, que es irreversible y ocurre solo una vez cuando el material se calienta o enfría. El cambio de fase térmicamente reentrante observado en el níquel en capas en el estudio es significativo porque permite la conmutación reversible de la resistividad eléctrica y, fundamentalmente, a temperatura ambiente, lo que permite el desarrollo de una memoria de cambio de fase no volátil de múltiples niveles utilizando este tipo de material, y en aplicaciones cotidianas.
Muchos óxidos de metales de transición también son más abundantes que los calcogenuros, lo que puede reducir los costos y mejorar la sostenibilidad. Y los óxidos de metales de transición ya se utilizan ampliamente en electrónica, sensores y aplicaciones relacionadas. Si se pueden adaptar a nuevas funciones, como la memoria de cambio de fase, podría ser más fácil integrarlos en los procesos y dispositivos de fabricación existentes, simplificando aún más la cadena de suministro, lo que potencialmente tiene ventajas adicionales de sostenibilidad.