Los ramsistores
‘Por fin una tecnología futurista se va a materializar en el mercado real de la informática. Llevamos mucho tiempo asistiendo a todo tipo de noticias espectaculares sobre nuevas memorias, nuevos
chips y hasta materiales casi divinos, pero a la hora de la verdad
todos son proyectos a largo plazo que no consiguen ver el escaparte de
las tiendas. Los memristores parece que llegan para quedarse y HP
asegura que para el 2013 dispondremos de máquinas con este tipo de
memorias.
Hewlett Packard se ha propuesto lanzar al mercado productos
comerciales con memoria basada en memristores en un plazo de 3 años.
Stan Williams, investigador senior de HP y director del laboratorio de
sistemas cuánticos y de información de la empresa, afirmó que su grupo
está probando el primer grupo de muestras de dispositivos de memoria de
memristor fabricadas en unas instalaciones de semiconductores sin
especificar. Las muestras de matrices de memristores se están
construyendo en obleas de silicio estándar de 300 milímetros. La fase
de experimentación ha acabado con buenos resultados en el laboratorio y
la empresa ahora quiere rentabilizar sus investigaciones pasando a
fábrica lo aprendido con esta tecnología tan interesante.
Los memristores han sido objeto de mucho interés porque son capaces
de funcionar con una actividad análoga a lo que ocurre en una sinapsis
dentro del cerebro humano. Su potencial es enorme puesto que su
propiedad principal radica en que pueden cambiar entre cientos de
estados aunque por ahora los científicos sólo han podido obligarles a
comportarse como transistores digitales, esto es, entre dos estados
concretos: cero y uno. Con todo y con eso, los menristores consiguen
realizar lo mismo que sus homólogos tradicionales pero con una energía
mucho menor y en un espacio más pequeño.
HP los fabrica utilizando técnicas convencionales de litografía:
colocando un conjunto de nanocables metálicos paralelos, recubriendo
los cables con una capa de dióxido de titanio de unos pocos nanómetros
de espesor y, a continuación, colocando una segunda matriz de cables
perpendicular a la primera. Los puntos donde los cables se cruzan son
los memristores, y cada uno puede ser tan pequeño que apenas miden tres
nanómetros. Esta estructura de travesaño también hace posible
empaquetar memristores en matrices muy densas.
En la revista Nature, Williams y sus colegas informaron de un gran
paso adelante dentro de la lógica del memristor, gracias a la
fabricación de circuitos capaces de soportar una lógica Booleana
completa. La demostración de la lógica digital con los dispositivos es
un primer paso importante hacia un tipo de informática más exótica.
Digamos que, por ahora, los menristores funcionarán emulando a los
sistemas de silicio actuales, mejorándolos en sus rendimientos pero a
la vez, sirve de base para despegar hacia una tecnología nueva y
muchísimo mas potente que la que tenemos hoy día.
Los memristores superan a las memorias flash en un orden de magnitud
en capacidad de reescritura. Ambos mantienen los datos aunque se
retire la energía, pero los primeros resisten hasta 1 millón de ciclos
de escritura antes de presentar errores, mientras que los segundos se
tienen que conformar con 100.000. Y estamos hablando de los primeros
estadios de investigación porque, seguramente, en cuanto HP lance al
mercado estas memorias tan especiales, el resto de fabricantes se
lanzarán a la carrera para optimizarlos al máximo.
De todos modos, hay que andar con cierta cautela porque el
comportamiento de los óxidos metálicos no resulta tan conocido como el
del silicio. Una mejor comprensión de las propiedades materiales
fundamentales de los óxidos metálicos utilizados para fabricar los
memristores será crucial para garantizar que los chips con miles de
millones de estos dispositivos funcionan de manera fiable durante un
período de 10 años.
HP espera que su tecnología de memoria de memristor se escale mejor
que el flash y espera poder ofrecer un producto con una densidad de
almacenamiento de alrededor de 20 gigabytes por centímetro cuadrado en
2013, el doble del almacenamiento que se espera que ofrezca flash en
ese momento. Ya ardemos de ganas de probar estas nuevas memorias que
prometen un salto cuantitativo importante para que la ley de Moore siga
manteniéndose efectiva.
Baterías de tubos de carbono
En un futuro no muy lejano las baterías podrán aumentar su poder de
capacidad energética como resultado de un nuevo hallazgo de los
investigadores del MIT. Descubrieron que el uso de nanotubos de carbono
en uno de los electrodos de la batería produce un aumento
significativo en la cantidad de energía que puede ser almacenada (hasta
diez veces). Esta mejora en el rendimiento de las baterías reduciría
el tamaño y el peso final gracias a que se necesitará menos cantidad de
material para su fabricación en comparación con una batería de Litio –
Ion convencional. Por este nuevo trabajo de investigación, se verán
beneficiados desde los dispositivos móviles pequeños hasta las
aplicaciones más exigentes.
Para producir los nuevos electrodos, los investigadores utilizaron
un método de fabricación denominado “capa por capa”, en el que un
material de base (sustrato) es sumergido en soluciones que contienen
nanotubos de carbono tratados con compuestos orgánicos simples,
otorgándoles cargas positivas o negativas. Cuando estas capas se
alternan en una superficie, se enlazan de modo firme gracias a la unión
de cargas que son complementarias entre sí y conforman una película
estable y duradera. Además de las ventajas indicadas, como la alta
potencia o la mayor capacidad de almacenamiento, los electrodos de
nanotubos de carbono mostraron muy buena estabilidad en el tiempo.
Después de mil ciclos de carga y descarga aplicados a una batería de
pruebas, no se registró ningún cambio perceptible en el rendimiento del
material.
Los resultados fueron publicados en la revista Nature Nanotechnology
y el trabajo de investigación fue realizado por un equipo dirigido por
Yang Shao-Horn, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los
Materiales e Ingeniería, en colaboración con la profesora de Ingeniería
Química, Paula Hammond. Los autores principales de esta investigación
son las estudiantes Betar Gallant y Seung Woo Lee, junto con el
investigador Naoaki Yabucchi.
Las baterías, como las de Litio – Ion (ampliamente utilizadas en
dispositivos electrónicos portátiles), están fabricadas con tres
componentes básicos: dos electrodos, uno negativo y otro positivo,
separados entre sí por un electrolito. Este tercer componente es un
material conductor de la electricidad a través del cual las partículas
cargadas, o iones, pueden moverse con facilidad. Cuando estas baterías
están en uso, los iones de litio con carga positiva viajan produciendo
una corriente eléctrica que recorre y alimenta el circuito conectado a
la batería. Durante el proceso de recarga, una corriente externa
(provista por un dispositivo dedicado a esta finalidad) provoca que
estos iones se muevan a la inversa para que sean incorporados en el
material poroso del ánodo.
En el electrodo de la nueva batería, los nanotubos de carbono (una
forma de carbono puro en el que las hojas de los átomos de carbono
están enrolladas en forma de diminutos tubos) se ‘auto-ensamblan’ en
una estructura unida de manera firme que es porosa en escala
nanómetrica (la milmillonésima parte del metro). Este proceso de
‘auto-ensamble electrostático’ es muy importante, explica Hammond,
porque generalmente los nanotubos de carbono sobre una superficie
tienden a agruparse en paquetes, dejando menos superficie expuesta a
sufrir reacciones. Mediante la incorporación de moléculas orgánicas (en
los nanotubos), se obtiene un alto grado de porosidad que se
incrementa con la presencia de grandes cantidades de nanotubos de
carbono.
“Con el nuevo material, las baterías de litio demuestran que pueden
ofrecer productos de muy alta potencia en ráfagas cortas y que pueden
proporcionar energía constante durante largos períodos a dispositivos
de bajo consumo”, afirmó Seung Woo Lee. La producción de energía para
un peso determinado de este nuevo material es cinco veces mayor que los
sistemas convencionales, y la tasa de entrega de potencia total fue
diez veces superior al de las baterías de Litio–Ion convencionales,
aseguró el equipo. Este rendimiento se puede atribuir a una buena
conducción de los iones y electrones en los electrodos y al eficiente
almacenamiento del litio en la superficie de los nanotubos.
Además de ofrecer alta potencia energética, los electrodos de
nanotubos de carbono mostraron muy buena estabilidad en el tiempo.
Después de mil ciclos de carga y descarga sobre una batería de pruebas,
no hubo ningún cambio perceptible en el rendimiento del material. Los
electrodos producidos por el equipo tenían espesores de hasta unos
pocos micrones, y las mejoras en la prestación energética sólo se
observaron a niveles de salida de alta potencia. En futuros trabajos,
el equipo aspira a producir electrodos de mayor espesor y ampliar las
mejoras de rendimiento de los productos de bajo consumo. “En su forma
actual, el material podría tener aplicaciones dentro del área de los
pequeños dispositivos electrónicos portátiles”, dice Shao-Horn. “Pero
si se logran electrodos con espesores de varios cientos de micrones,
este hallazgo podría ser adecuado para otras aplicaciones más exigentes
como los coches híbridos”.
Si bien el material del electrodo fue producido por la inmersión de
un sustrato en dos soluciones diferentes y en forma alternada (lo que
da por resultado un proceso lento), la profesora Hammond sugiere que el
método podría ser modificado por técnicas más optimizadas que se están
ensayando en su laboratorio. En última instancia, podría abrir la
posibilidad de un proceso de fabricación continuo que puede ser
ampliado a un alto volumen de producción comercial. También podría ser
utilizado para producir electrodos más gruesos con mayores
posibilidades de entregar altas corrientes. ‘No hay un límite real
sobre el espesor potencial”, dice Hammond. ‘El único límite es el
tiempo que toma para hacer las capas, y la técnica de proyección puede
ser un proceso hasta 100 veces más rápido que la inmersión”.
Seung Woo Lee dice que los nanotubos de
carbono han sido producidos en cantidades limitadas hasta la fecha;
sin embargo, un número importante de compañías se están preparando para
la producción en masa de este tipo de materiales, y este hecho podría
ayudar a que sea viable la fabricación de baterías a gran escala.
Ricardo Glazman
Fuente: Tecnoresumen