Un’importante collaborazione tra ricercatori dell’Università della Pennsylvania, del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Indian Institute of Science (IISc) ha reso la tecnologia PMC (phase-change memory) più efficiente dal punto di vista energetico e potrebbe innescare una rivoluzione nell’archiviazione dei dati in futuro.
I vantaggi della tecnologia PMC
La tecnologia PMC è una promettente tecnologia di archiviazione dati che utilizza diverse fasi di materiali per archiviare informazioni. Quando i materiali cambiano dal loro stato amorfo a quello cristallino, assomigliano a un interruttore on/off, molto simile al sistema binario utilizzato oggi per l’archiviazione dati.
La tecnologia PCM potrebbe essere utilizzata per memorizzare informazioni in dispositivi quali cellulari e computer, ma il cambiamento di fase è un processo che richiede molta energia, e che continua a rappresentare un ostacolo alla sua diffusione su larga scala.
In un recente lavoro pubblicato dalla collaborazione indo-statunitense, i ricercatori hanno ottenuto il cambiamento di fase utilizzando un miliardesimo dell’energia precedentemente necessaria per lavorare con il materiale seleniuro di indio (In2Se3), dando potenzialmente il via a una nuova rivoluzione nelle capacità di archiviazione dei dati.
La ricerca sulla tecnologia PMC
Nella fase amorfa, gli atomi del materiale sono disposti in ordine casuale. Il processo di trasformazione di un materiale nella sua fase amorfa è chiamato amorfizzazione e si ottiene convenzionalmente fondendolo fino allo stato liquido e poi raffreddandolo rapidamente in modo che non si possano formare cristalli.
L’approccio melt-quench all’amorfizzazione richiede molto energia, ma un decennio fa un team di ricerca guidato da Ritesh Agarwal presso la UPenn ha scoperto che gli impulsi elettrici potevano ottenere lo stesso risultato anche in leghe di germanio, antimonio e tellurio.
Qualche anno fa, il team di ricerca ha ampliato il proprio lavoro per includere il materiale semiconduttore seleniuro di indio (In2Se3). La sua proprietà ferroelettrica gli consente di polarizzarsi spontaneamente, mentre la sua natura piezoelettrica genera corrente elettrica in risposta allo stress meccanico, che poi lo deforma rapidamente.
Agarwal ha poi inviato campioni di In2Se3 a Pavan Nukala, suo ex collega alla UPenn, Professore associato all’IISc e membro del Centre for Nano Science and Engineering (CeNSE). Il team di Nukala ha costruito una serie di strumenti di microscopia in situ, che hanno utilizzato per analizzare da vicino il processo di amorfizzazione di In2Se3. Gli studiosi hanno scoperto che assomiglia sia a un terremoto che a una valanga.
Quando una corrente elettrica attraversa il materiale, piccole sezioni piccole quanto un miliardesimo di metro iniziano ad ammortizzarsi. Le proprietà piezoelettriche della tecnologia PMC e la struttura a strati spingono porzioni di In2Se3 in posizioni instabili, proprio come la neve che si sposta sulla cima di una montagna.
In un punto critico, il movimento determina una diffusione di deformazioni e, quando le regioni distorte si scontrano, nel materiale vengono generate onde sonore. Le onde sonore agiscono come onde sismiche che muovono la terra durante un terremoto, causando una maggiore deformazione e la creazione di nuove aree amorfe, che portano a una valanga.
Conclusioni
“È da pelle d’oca vedere tutti questi fenomeni interagire contemporaneamente su diverse scale di lunghezza“, ha affermato Shubham Parate, ricercatore presso l’IISc, coinvolto nel lavoro: “Questo apre un nuovo campo sulle trasformazioni strutturali che possono verificarsi in un materiale quando tutte queste proprietà si uniscono”, ha aggiunto Agarwal: “Il potenziale della tecnologia PMC per la progettazione di dispositivi di memoria a basso consumo è enorme“.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
