Memoria digitală este în centrul erei noastre tehnologice, omniprezentă în smartphone-uri, computere, centre de date și multe alte dispozitive. Deși eficiente, tehnologiile actuale de stocare a datelor suferă de limitări majore, în special în ceea ce privește consumul de energie. O descoperire recentă, făcută aproape întâmplător de cercetători, ar putea schimba situația. Folosind un semiconductor unic, seleniura de indiu, au reușit să reducă în mod dramatic cerințele de energie ale memoriei cu schimbare de fază (PCM), o tehnologie de stocare promițătoare. Acest progres deschide calea către o nouă generație de dispozitive electronice mai eficiente din punct de vedere energetic și mai eficiente.
Memoria cu schimbare de fază (phase change material PCM) este o tehnologie în curs de dezvoltare, adesea prezentată ca candidatul ideal pentru a deveni o memorie universală. Spre deosebire de memoriile actuale precum RAM sau SSD, PCM combină tot ce este mai bun din ambele lumi: este rapid ca RAM și poate reține datele chiar și atunci când un dispozitiv este oprit ca un SSD. Acest dublu avantaj ar putea simplifica arhitectura IT și crește eficiența sistemelor digitale. PCM funcționează prin alternarea între două stări ale materialului utilizat: starea cristalină, în care atomii sunt ordonați, și starea amorfă, în care sunt aranjați aleatoriu. Aceste stări reprezintă 1 și 0 binari, elemente fundamentale ale tuturor datelor digitale. Problema constă în procesul necesar pentru a trece de la o stare la alta, cunoscut sub numele de înmuiere în topire. Acest proces implică încălzirea și răcirea rapidă a materialului, o operațiune consumatoare de energie care limitează profitabilitatea și adoptarea pe scară largă a PCM.
Aici intervine recenta descoperire. Cercetătorii au găsit o modalitate de a ocoli procesul de stingere a topiturii prin exploatarea proprietăților unice ale unui anumit semiconductor, seleniura de indiu, care reduce astfel de până la un miliard de ori necesarul de energie. Prin urmare, această descoperire ar putea face PCM mult mai viabilă pentru aplicații practice. Selenura de indiu este un material fascinant cu proprietăți neobișnuite. Este atât feroelectrică, adică poate genera un câmp electric intern fără sarcină externă, cât și piezoelectric, adică se poate deforma sub o sarcină electrică. Aceste caracteristici joacă un rol central în mecanismul descoperit de cercetători. În timpul experimentelor lor, echipa a observat că un simplu curent continuu ar putea iniția o tranziție structurală în material. În mod normal, acest tip de transformare necesită impulsuri electrice precise și energetice. Cu toate acestea, proprietățile intrinseci ale seleniurii de indiu au permis aici amorfizarea spontană fără a se recurge la procesul tradițional de topire-solidificare.
Mecanismul în joc este fascinant: atunci când materialul este expus la un curent electric, suferă mici deformații mecanice care generează o undă acustică, asemănătoare unui mini-cutremur la scară microscopică. Această undă se propagă prin material, perturbând structura lui cristalină pe o suprafață mare. Acest proces în cascadă, în comparație cu o avalanșă de către cercetători, face posibilă transformarea stării materialului cu o energie mică.
Această descoperire, prezentată într-un articol publicat în revista Nature, a fost inițial confundată cu o eroare experimentală. „De fapt, la început m-am gândit că poate am deteriorat firele”, spune Gaurav Modi, coautor al studiului. Cu toate acestea, analize suplimentare au confirmat că fenomenul a rezultat din proprietățile unice ale seleniurii de indiu. Dacă această inovație ar fi exploatată pe scară largă, implicațiile ar fi considerabile. Memoria PCM de putere redusă ar putea într-adevăr transforma electronicele moderne, în special în zonele în care reducerea energiei este crucială, cum ar fi centrele de date. Astăzi, aceste infrastructuri consumă aproximativ 1% din energia globală, proporție care continuă să crească odată cu creșterea volumului de date procesate. În plus, exploatarea acestui semiconductor ar putea avea repercusiuni dincolo de memoriile digitale. Proprietățile seleniurii de indiu ar putea inspira noi aplicații în domeniile electronicii și fotonicii. De exemplu, ar putea deschide calea pentru senzori mai avansați sau circuite adaptive.
În cele din urmă, această descoperire ilustrează, de asemenea, importanța cercetării fundamentale și a accidentelor fericite în știință. Testând materiale pentru utilizări convenționale, cercetătorii au descoperit într-adevăr un mecanism complet neașteptat, dar care ar putea rezolva una dintre cele mai mari provocări tehnologice ale zilelor noastre.
