El seleniuro de indio, un material semiconductor, se puede amorfizar utilizando una corriente eléctrica en lugar de un proceso de fusión y enfriamiento que consume mucha energía, lo que supone un gran avance para la investigación sobre almacenamiento de datos.
Avance en la eficiencia energética de la amorfización tipo avalancha podría revolucionar el almacenamiento de datos
Un equipo internacional de investigadores ha logrado un avance significativo en el proceso de amorfización, logrando una reducción drástica del consumo energético necesario para transformar materiales a estado amorfo. Este proceso podría acercar la memoria de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) a su viabilidad comercial a gran escala, con aplicaciones potenciales en dispositivos de almacenamiento de datos.
La importancia de la amorfización en la memoria de cambio de fase
En el contexto de las tecnologías de almacenamiento de datos, la memoria PCM opera almacenando información mediante la alternancia entre estados amorfos y cristalinos. En su estado amorfo, los átomos del material no presentan un orden estructural, comportándose de manera desordenada, como granos de arena esparcidos al azar. Tradicionalmente, el proceso para lograr esta estructura desordenada ha requerido un alto consumo energético, generalmente alcanzado mediante el proceso de fusión y enfriamiento rápido. Sin embargo, esta técnica limita la aplicabilidad de la memoria PCM debido al alto gasto de energía involucrado.
Para abordar esta limitación, el equipo de la Universidad de Pensilvania (Penn Engineering), el Instituto Indio de Ciencia (IISc) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un nuevo método de amorfización que reduce en un factor de hasta mil millones la densidad de energía necesaria para transformar el material de indio y seleniuro (In₂Se₃) al estado amorfo. Este avance es un paso crucial hacia la implementación masiva de PCM en dispositivos electrónicos cotidianos, como teléfonos móviles y ordenadores.
Un enfoque revolucionario para la amorfización
El descubrimiento de este método se produjo de forma inesperada. Durante sus experimentos, Gaurav Modi, uno de los investigadores principales, observó que al pasar una corriente continua a través de cables de In₂Se₃, estos perdían su conductividad eléctrica y se volvían amorfos sin requerir pulsos eléctricos específicos ni una fusión previa del material. Esta transformación anómala inspiró una investigación exhaustiva para comprender el proceso en detalle.
Modi y su equipo en IISc utilizaron avanzadas herramientas de microscopía in situ para estudiar el fenómeno a escala nanométrica. Tras varios años de análisis, los investigadores descubrieron que las propiedades piezoeléctricas y ferroeléctricas del In₂Se₃ permiten un camino de energía ultrabajo hacia la amorfización. El equipo observó que el flujo de corriente generaba tensiones mecánicas en el material que desestabilizaban su estructura cristalina, propiciando la formación de regiones amorfas a través de un fenómeno similar al de una avalancha.
Avalancha y terremoto: Una metáfora para el proceso
El proceso descubierto tiene semejanzas con fenómenos naturales como las avalanchas y los terremotos. En los cables de In₂Se₃, pequeñas secciones de tamaño nanométrico comienzan a amorfizarse debido a la deformación inducida por la corriente eléctrica. Este proceso inicial se asemeja a los cambios sutiles en la nieve en la cima de una montaña que pueden desencadenar una avalancha.
Cuando se alcanza un punto crítico, la deformación se propaga rápidamente a lo largo del cable, generando una onda acústica que viaja a través del material, similar a las ondas sísmicas que se propagan en la corteza terrestre. Este fenómeno, conocido como «sacudida acústica» o «acoustic jerk», agrupa múltiples áreas amorfas en una única región de varios micrómetros, aumentando exponencialmente el tamaño de las áreas afectadas. Esta propagación escalonada permite que el proceso abarque áreas miles de veces mayores que las iniciales, con un mínimo consumo de energía.
Implicaciones para el diseño de dispositivos de bajo consumo
La colaboración entre universidades ha creado un marco innovador para futuras investigaciones sobre las transformaciones estructurales en materiales que combinan propiedades únicas, como el In₂Se₃. Según Ritesh Agarwal, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Penn Engineering, este descubrimiento no solo allana el camino para dispositivos de almacenamiento de datos con un consumo energético significativamente reducido, sino que también podría inspirar nuevas arquitecturas de dispositivos electrónicos sostenibles y eficientes en términos de energía.
Las aplicaciones potenciales de esta tecnología podrían extenderse a sectores más allá del almacenamiento de datos, favoreciendo un enfoque hacia sistemas energéticamente sostenibles en el ámbito de la electrónica. Este avance es especialmente relevante para la comunidad interesada en la ecología, sostenibilidad y energías renovables, ya que permite vislumbrar dispositivos de alta eficiencia que consumen una fracción de la energía necesaria en tecnologías actuales.
Apoyo y financiación
La investigación fue respaldada por varias instituciones, incluyendo la Oficina de Investigación Naval de los EE.UU., la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. y el Gobierno de la India, entre otras.
Vía upenn.edu
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