(Phys.org) —Le celle di memoria resistive (ReRAM) sono considerate una soluzione promettente per le future generazioni di memorie per computer. Ridurranno drasticamente il consumo energetico dei moderni sistemi IT aumentandone in modo significativo le prestazioni. A differenza degli elementi costitutivi dei dischi rigidi e delle memorie convenzionali, queste nuove celle di memoria non sono componenti puramente passivi, ma devono essere considerate come minuscole batterie. Lo hanno dimostrato i ricercatori della Jülich Aachen Research Alliance (JARA), i cui risultati sono stati ora pubblicati sulla prestigiosa rivista Comunicazioni sulla natura . La nuova scoperta rivede radicalmente la teoria attuale e apre possibilità per ulteriori applicazioni. Il gruppo di ricerca ha già depositato una domanda di brevetto per la loro prima idea su come migliorare la lettura dei dati con l'ausilio della tensione della batteria.

La memoria dati convenzionale funziona sulla base di elettroni che vengono spostati e immagazzinati. Però, anche per gli standard atomici, gli elettroni sono estremamente piccoli. È molto difficile controllarli, ad esempio mediante pareti isolanti relativamente spesse, in modo che le informazioni non vadano perse nel tempo. Questo non limita solo la densità di stoccaggio, costa anche una grande quantità di energia. Per questa ragione, ricercatori stanno lavorando febbrilmente in tutto il mondo su componenti nanoelettronici che fanno uso di ioni, cioè atomi carichi, per la memorizzazione dei dati. Gli ioni sono migliaia di volte più pesanti degli elettroni e sono quindi molto più facili da "trattenere". In questo modo, i singoli elementi di stoccaggio possono essere ridotti quasi a dimensioni atomiche, che migliora enormemente la densità di stoccaggio.

Nelle celle di memoria a commutazione resistiva (ReRAM), gli ioni si comportano su scala nanometrica in modo simile a una batteria. Le celle hanno due elettrodi, ad esempio in argento e platino, in cui gli ioni si dissolvono e poi precipitano di nuovo. Questo cambia la resistenza elettrica, che può essere sfruttato per l'archiviazione dei dati. Per di più, i processi di riduzione e ossidazione hanno anche un altro effetto. Generano tensione elettrica. Le celle ReRAM non sono quindi sistemi puramente passivi, ma sono anche componenti elettrochimici attivi. Di conseguenza, possono essere considerati come minuscole batterie le cui proprietà forniscono la chiave per la corretta modellazione e sviluppo della futura memorizzazione dei dati.

In esperimenti complessi, gli scienziati del Forschungszentrum Jülich e della RWTH Aachen University hanno determinato la tensione della batteria dei rappresentanti tipici delle celle ReRAM e li hanno confrontati con i valori teorici. Questo confronto ha rivelato altre proprietà (come la resistenza ionica) che in precedenza non erano né conosciute né accessibili. "Guardando indietro, la presenza di una tensione di batteria nelle ReRAM è evidente. Ma durante il processo di revisione di nove mesi del documento ora pubblicato abbiamo dovuto fare molto per persuadere, poiché la tensione della batteria nelle celle ReRAM può avere tre diverse cause di base, e l'assegnazione della giusta causa è tutt'altro che banale, " dice la dottoressa Ilia Valov, l'elettrochimico nel gruppo di ricerca del Prof. Rainer Waser.

La nuova scoperta è di importanza centrale, in particolare, per la descrizione teorica dei componenti della memoria. Ad oggi, Le celle ReRAM sono state descritte con l'ausilio del concetto di memristors - una parola portmanteau composta da "memoria" e "resistenza". Il concetto teorico di memristori può essere fatto risalire a Leon Chua negli anni '70. È stato applicato per la prima volta alle celle ReRAM dalla società IT Hewlett-Packard nel 2008. Mira alla memorizzazione permanente delle informazioni modificando la resistenza elettrica. La teoria dei memristori porta a un'importante restrizione. È limitato ai componenti passivi. "La tensione della batteria interna dimostrata degli elementi ReRAM viola chiaramente il costrutto matematico della teoria dei memristor. Questa teoria deve essere estesa a una teoria completamente nuova:per descrivere correttamente gli elementi ReRAM, "dice il dottor Eike Linn, lo specialista per i concetti di circuito nel gruppo degli autori. Ciò pone anche lo sviluppo di tutti i chip micro e nanoelettronici su basi completamente nuove.

"Le nuove scoperte aiuteranno a risolvere un enigma centrale della ricerca internazionale ReRAM, "dice il prof. Rainer Waser, vice portavoce del centro di ricerca collaborativa SFB 917 "Nanoswitches" istituito nel 2011. Negli ultimi anni, questi aspetti sconcertanti includono fenomeni di deriva a lungo termine inspiegabili o deviazioni sistematiche dei parametri, che era stato attribuito ai metodi di fabbricazione. "Alla luce di questa nuova conoscenza, è possibile ottimizzare in modo specifico il design delle celle ReRAM, e potrebbe essere possibile scoprire nuovi modi di sfruttare la tensione della batteria delle celle per applicazioni completamente nuove, che in precedenza erano al di fuori della portata delle possibilità tecniche, "aggiunge Waser, il cui gruppo collabora da anni con aziende come Intel e Samsung Electronics nel campo degli elementi ReRAM.