UFSCar e CNPEM desenvolvem nova memória baseada em materiais 2D
Dispositivo opera de forma estável da temperatura ambiente à criogenia e aponta caminhos para novas tecnologias de computação
Pesquisadores do Departamento de Física (DF) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), desenvolveram um novo tipo de memória eletrônica feita com materiais bidimensionais, que são estruturas extremamente finas, com espessura de poucos átomos. O dispositivo combina grafeno e nitreto de boro hexagonal (hBN) em uma configuração ultracompacta, de baixo consumo de energia e capaz de operar de forma estável em uma faixa ampla de temperaturas, que vai da ambiente até condições criogênicas, próximas do zero absoluto.
O estudo propõe uma mudança na forma como as memórias armazenam informação. "No armazenamento tradicional de dados, como nos chips de memória flash usados em celulares e computadores, a região onde a informação fica guardada, que chamamos defloating gate , fica enterrada em várias camadas de material isolante. Esse desenho funciona bem, mas já chegou ao limite: para ganhar velocidade, seria preciso tornar essas camadas ainda mais finas, o que acaba causando vazamentos de carga e perda de confiabilidade", contextualiza Victor Lopez-Richard, docente do DF da UFSCar e um dos autores do estudo.
A solução apresentada segue um caminho diferente. "Utilizamos materiais bidimensionais - grafeno e o hBN - e colocamos ofloating gate na superfície do dispositivo, e não mais 'escondido' no interior da estrutura. Esse único eletrodo metálico cumpre três funções ao mesmo tempo: controla o dispositivo, armazena carga e permite apagar a memória sob demanda, algo que não existe nas arquiteturas tradicionais", explica.
Esse desenho garante maior precisão no controle elétrico e melhora o desempenho. O dispositivo permite programar, regravar e apagar os dados de maneira previsível e imediata. "É uma forma mais eficiente, versátil e compacta de guardar informação, aproveitando propriedades únicas dos materiais 2D para superar limitações das memórias convencionais", afirma Lopez-Richard.
Segundo o docente, essa estabilidade amplia o potencial de uso. "Do ponto de vista prático, isso significa que a mesma tecnologia pode funcionar tanto em dispositivos do dia a dia quanto em equipamentos avançados que exigem operação em temperaturas extremamente baixas", complementa o pesquisador.
Os dispositivos foram sintetizados pela equipe do CNPEM, em Campinas (SP), enquanto a contribuição da UFSCar se concentrou na simulação teórica e na compreensão da física por trás das funcionalidades.
Os autores consideram que os resultados abrem espaço para aplicações em memórias de alta densidade, eletrônica miniaturizada, sensores e novas arquiteturas de computação que exigem componentes compactos, responsivos e com baixo consumo energético. O trabalho também reforça o papel dos materiais 2D como candidatos promissores para tecnologias além do silício.
Os próximos passos incluem expandir a plataforma e avançar para integração com circuitos. "De um lado, explorar novas combinações de materiais 2D para ampliar funcionalidades, inclusive memórias ópticas e elementos neuromórficos. De outro, otimizar o protótipo e integrar esses dispositivos a circuitos reais: arrays de memória, blocos lógicos e plataformas de controle criogênico", projeta Lopez-Richard.
O estudo foi publicado na revista ACS Applied Electronic Materials, com o artigo intitulado "Graphene Heterostructure-Based Non-Volatile Memory Devices with Top Floating Gate Programming ", que pode ser acessado em https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsaelm.5c01472. A pesquisa foi destaque de capa da edição (https://pubs.acs.org/toc/aaembp/7/22). Além de Lopez-Richard, assinam o estudo Gabriel Labes Rodrigues, Ana Yoshida, Guilherme Selmi, Nickolas Tomi Kamijo Barbosa de Jesus, Rafael de Oliveira e Alisson Cadore, do LNNano; Igor Ricardo Filgueira e Silva, do DF; e Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi, do Centro de Pesquisa em Materiais Eletrônicos e Ópticos, do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, Japão.
O estudo propõe uma mudança na forma como as memórias armazenam informação. "No armazenamento tradicional de dados, como nos chips de memória flash usados em celulares e computadores, a região onde a informação fica guardada, que chamamos de
A solução apresentada segue um caminho diferente. "Utilizamos materiais bidimensionais - grafeno e o hBN - e colocamos o
Esse desenho garante maior precisão no controle elétrico e melhora o desempenho. O dispositivo permite programar, regravar e apagar os dados de maneira previsível e imediata. "É uma forma mais eficiente, versátil e compacta de guardar informação, aproveitando propriedades únicas dos materiais 2D para superar limitações das memórias convencionais", afirma Lopez-Richard.
Segundo o docente, essa estabilidade amplia o potencial de uso. "Do ponto de vista prático, isso significa que a mesma tecnologia pode funcionar tanto em dispositivos do dia a dia quanto em equipamentos avançados que exigem operação em temperaturas extremamente baixas", complementa o pesquisador.
Os dispositivos foram sintetizados pela equipe do CNPEM, em Campinas (SP), enquanto a contribuição da UFSCar se concentrou na simulação teórica e na compreensão da física por trás das funcionalidades.
Os autores consideram que os resultados abrem espaço para aplicações em memórias de alta densidade, eletrônica miniaturizada, sensores e novas arquiteturas de computação que exigem componentes compactos, responsivos e com baixo consumo energético. O trabalho também reforça o papel dos materiais 2D como candidatos promissores para tecnologias além do silício.
Os próximos passos incluem expandir a plataforma e avançar para integração com circuitos. "De um lado, explorar novas combinações de materiais 2D para ampliar funcionalidades, inclusive memórias ópticas e elementos neuromórficos. De outro, otimizar o protótipo e integrar esses dispositivos a circuitos reais: arrays de memória, blocos lógicos e plataformas de controle criogênico", projeta Lopez-Richard.
O estudo foi publicado na revista ACS Applied Electronic Materials, com o artigo intitulado "
anexos:
Pesquisa foi capa da revista ACS Applied Electronic Materials (Imagem gerada por Alisson Cadore)
Contato para esta matéria: Adriana Arruda Telefone: (16) 33518478
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