NeoFronteras

Nuevo componente electrónico fundamental

Área: Física,Tecnología — lunes, 5 de mayo de 2008

Después de 37 años de haber sido postulada unos investigadores de la compañía Hewlett-Packard consiguen construir la primera memorresistencia, un nuevo tipo de componente electrónico fundamental.

Foto
En esta foto se aprecian 17 memorresistencias en línea, cada una de 150 átomos de espesor. Foto: J. J. Yang, HP Labs.

Todos conocemos lo que es un solenoide, una resistencia o un condensador. La memorresistencia sería uno más junto a esos tres componentes electrónicos básicos. Fue propuesto hace mucho tiempo, pero hasta ahora no se había materializado.
¿Y en que consiste esta memorresistencia? Pues en esencia es una resistencia que guarda memoria de su estado resistivo anterior incluso si no hay alimentación eléctrica.
Las memorresistencias construida ahora por los Laboratorios HP, de escala nanométrica, podría tener un gran impacto en la industria microelectrónica ya que podría servir para construir memorias no volátiles para computación, cuyos datos no desaparezcan aunque se corte el aporte de corriente. Además consumirían menos energía.
El 1971 Leon Chua de University of California en Berkeley notó una ausencia en la lista de los componentes habituales de los circuitos. Cada elemento expresa una relación entre dos de cuatro variables electromagnéticas: carga, corriente, voltaje y flujo magnético. Propuso que, teóricamente, debería de haber un componente que se hiciera más o menos conductor al paso de la corriente dependiendo de la cantidad de carga que hubiera pasado a través de él. Según Chua la memorresistencia o memorresistor sería el cuarto componente fundamental de los circuitos, con propiedades que no podrían ser duplicadas mediante la combinación de los otros tres elementos.
R. Stanley Williams, físico de los laboratorios HP, dice que la propuesta de Chua llamó su atención y que ese concepto podría explicar el comportamiento extraño que los dispositivos electrónicos construidos por él y su equipo a veces tenían. Así que se planteó la creación de memoresistencias de manera aislada como dispositivos de memoria.
Ahora publica en Nature un modelo matemático que explica el funcionamiento de un prototipo de memorresitencia y su implementación física en un dispositivo real.
Para su construcción emplearon una lámina de óxido de titanio de tres nanometros de espesor situada entre dos láminas de platino.
La lámina de óxido de titanio tiene diseminadas cargas positivas o divots (vacantes), allí donde debería de haber átomos de oxígeno, que le confieren propiedades electrónicas especiales. Aplicando una corriente alterna a electrodos cercanos a los divots se consigue que éstos cambien de tener carga positiva a negativa. Cuando los electrodos están cargados positivamente estas cargas positivas son empujadas y dispersadas a través del material, aumentando el flujo de corriente en el segundo electrodo. Cuando el voltaje se aplica a la inversa se rebaja drásticamente la corriente en el segundo electrodo. Al cortarse la aplicación de corriente las vacantes paran de moverse, dejando a la memorresistencia en un estado de alta o baja resistencia.
La resistencia de un memorresistor cambia, por tanto, dependiendo de la cantidad de voltaje y del tiempo de aplicación del mismo. Según el modelo matemático de estos investigadores el estado de resistencia debe de durar años.
Chua dice que nunca había esperado que alguien consiguiera implementar la memorresistencia a lo largo de su vida, propuesta que por cierto había ya olvidado, y se muestra maravillado por el descubrimiento. Según él, el desarrollo de HP tiene la ventaja frente a otras memorias no volátiles en desarrollo que la tecnología necesaria para su creación ya existe.
Estas memorias se podrían usar en lugar de las convencionales DRAM que tienen los actuales ordenadores, y cuyo contenido se pierde cuando desaparece la alimentación. Algo que puede comprobar cualquiera que trabaje en un ordenador durante un corte de fluido eléctrico. El trabajo que estaba haciendo desaparece para gran frustración del que está delante de la pantalla. Las memorresistencias podrían, además de solucionar ese problema, permitir un arranque instantáneo de las computadoras.
Para determinadas aplicaciones informáticas se requiere que muchos servidores mantengan la información en memorias DRAM, consumiéndose mucha energía. El uso de memorresistencias solucionaría este otro problema.
También se especula que se podría usar este tipo de memoria en inteligencia artificial para el reconocimiento de facial y otras aplicaciones que imiten el procesamiento de información del cerebro humano.
Además se podrían emplear las memorresistencia para aumentar la velocidad de los microprocesadores mediante una mejor sincronización en frecuencia entre circuitos.
Todavía es pronto para decir si la industria adoptará este nuevo componente. La idea de sustituir a los transistores es un anatema para muchos ingenieros microelectrónicos y la memorresistencia se encontrará con dificultades a la hora de ser aceptada.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Nota en HP.
Artículo en Nature (resumen).
Noticia en Scientific American.
Entrevista a uno de los investigadores (podcast en inglés).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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7 Comentarios

  1. Emilio:

    Entonces digamos que estamos en una nueva era…
    Y yo con estos pelos.

  2. yoyo:

    Y ahora vendrá el problema de las patentes. HP patentará su “invento” (que no es de HP sino de una persona pero las empresas pueden más). Resultará que HP querrá vender carísimos sus productos “patentados” y se hará imposible su uso excepto tal vez en aplicaciones militares donde el precio no importa. Ningún otro competidor podrá ofrecer precios más accesibles porque el “invento de HP” estará patentado a pesar de que HP es una empresa y las empresas no son humanas, por lo tanto no pueden inventar cosas. En definitiva, que tendremos que esperar muchos años hasta podernos beneficiar de tan importante avance.
    Todo gracias a que las leyes permiten poseer propiedad intelectual a entidades que por definición, no poseen intelecto.

  3. makj:

    ¡Ah, muy bonito! Y ahora todo lo que habíamos aprendido de circuitos eléctricos a la porra, ¿no?

  4. Gerardo Sánchez:

    No es que me guste defender monopolios, oligarquías u otras cosas similares, pero a HP le toca el derecho de patente no por ser grande y poderosa, sino por meterle dinero y tiempo a la investigación. Sin empresas que investiguen y hagan tecnologías, no tendríamos muchas cosas que tenemos hoy en día. Los físicos de HP seguro no viven de la caza y la pesca. El derecho de autor le dice a las empresas “investiguen, hagan tecnologías y recuperen lo que invirtieron en ello cuando lo logren”. Reconozco que a veces esto afecta en el bolsillo a las personas comunes, pero las personas comunes jamás lograrían hacer en el patio de su casa una memorresistencia. Al Cesar lo que es del Cesar.

  5. NeoFronteras:

    El que se haya conseguido desarrollar este componente no significa que lo que se sabe como circuitos esté mal. Simplemente hay que agregar otro componente más en el juego.

    Respecto a las patentes, es la garantía que permite la inversión. El periodo de explotación exclusiva es muy corto y para nada comparables a los 90 años después de la muerte de una autor como en el caso de escritores, músicos, etc.
    Otra cosa son los abusos del sistema de patentes mediante la imposición de un precio excesivo o permitiendo patentar cosas (algoritmos, software, etc.) que no deben serlo.
    Otros abusos han sido las patentes sobre seres vivos naturales no modificados genéticamente. Ir por ahí, coger especímenes y luego patentarlos es como mínimo discutibles moralmente.
    De todos modos las normas sobre este asunto dependen de cada país.
    Sólo insistir que las patentes son la garantía de inversión por parte del capital privado. Otra solución es que sea el estado el que financie la investigación y proporcione el resultado libre de derechos de patentes, pero para eso se necesita mucho dinero. ¿Estamos dispuestos a pagar más impuestos?

  6. Luis Digital:

    NeoFronteras, siento decirte que leí otro artículo en inglés donde explicaban que algunas cosas sobre la teoría electrónica estaban equivocas, como tratar a la histéresis de anomalía, y no sabían a ciencia cierta dar explicaciones.
    Ahora, para fines prácticos lo aprendido continua siendo válido.

  7. NeoFronteras:

    Precisamente. Había resultados que indicaban que algo estaba pasando, como se menciona en la noticia. Este dispositivo presenta una resistencia cuando se aplica corriente en un sentido pero cambia cuando se aplica en sentido contrario. En otras palabras, lo que hay es un fenómeno de histéresis entre la resistencia y el voltaje aplicado (análogo al que se presenta con el campo magnético).
    Este fenómeno de histéresis no se presentaba a escalas normales, pero empezó a manifestarse cuando se empezó a trabajar a escalas muy pequeñas. Estos investigadores simplemente han aislado ese fenómeno y lo han optimizado.
    A pesar de todo las leyes de Maxwell o las de leyes de Kirchhoff siguen siendo las mismas e igualmente válidas.
    El impacto de este descubriendo se verá con el tiempo.

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