Un grupo de científicos desarrolla memristores supramoleculares para mejorar la construcción de nano-RRAM

En plena era de la IA y el Big Data, resulta fundamental buscar técnicas avanzadas y eficientes que permitan establecer sistemas rigurosos y productivos de almacenamiento, alcanzando la máxima rentabilidad posible. Frene a los sistemas convencionales, que acaban siendo insuficientes, se precisan soluciones de alta capacidad y eficiencia energética, optimizando el ahorro y los esfuerzos.

En este sentido, un equipo de investigación dirigido por Yuan Li y Yu Xie, perteneciente a la Universidad Tsinghua de Pekín (China), ha puesto el foco en establecer una perspectiva supramolecular. Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y publicado la revista ‘Angewandte Chemie’, el estudio ‘Introducción a la memoria de semiconductores’ recoge el complejo proceso de creación de menristores supramoleculares, uno de los componentes esenciales en la configuración de nano-RRAM.

No estamos ante un caso de tecnología nueva, pero es complicado el hecho de transferirla a modelos industriales. En laboratorios y a pequeña escala se pueden obtener memristores que funcionan con reacciones Redox. De este modo, se puede hacer una memoria bastante grande que contenga aplicaciones industriales, aunque se tratará de una tarea ardua y compleja.

El desarrollo del proceso

El equipo dirigido por Yuan Li sigue un enfoque supramolecular basado en un catenano biestable, de tal modo que goza de estabilidad tanto en forma oxidada como reducida, pudiendo a su vez coexistir tanto en estado positivo, como negativo o sin carga. Esos dos grandes anillos moleculares entrelazados que conforman un catenano no poseen enlace químico.

Hay que tener en cuenta que el memristor (memoria + resistencia) es capaz de variar su resistencia y eficiencia en basa a la tensión que fuese aplicada. Pero si se quiere construir un memristor a escala molecular será necesario aplicar reacciones redox y estabilizar los estados cargados de las moléculas mediante contraiones en solución. No obstante, es un proceso realmente laborioso y complejo el hecho de conseguirlo en las uniones de estado sólido, imprescindibles para un memristor.

El catenano es depositado en un electrodo de oro recubierto con un compuesto que contiene azufre. Mediante interacción electrostática, se coloca sobre él un segundo electrodo de una aleación de galio e indio recubierta de óxido de galio. Posteriormente, se verá cómo el catenano conforma una monocapa autoensamblada de moléculas planas entre los dos electrodos. El memristor se constituye gracias a este complejo conjunto denominado AuTS-S-(CH2)3-SO3-Na+//catenano//Ga2O3/EGaIn.

Peculiaridades de los memristores

Los memristores supramoleculares pueden conmutarse entre un estado de alta resistencia (apagado) y un estado de baja resistencia (encendido), variando uno u otro del voltaje que fuese aplicado.

Hay que tener en cuenta que estos interruptores de resistencia molecular han conseguido, al menos, 1.000 ciclos de borrado-lectura (ON) y de escritura-lectura (OFF). La conmutación apreciable entre encendido y apagado es posible en poco menos de un milisegundo. Lo cual, resulta llamativo si se compara con los memristores inorgánicos comerciales.

Los interruptores moleculares hacen alusión al estado ajustado ON – OFF durante varios minutos, por lo que se convierten en un punto de partida esencial para memristores moleculares eficaces con capacidad de almacenamiento no volátil. Además, hay que destacar que funcionan como diodos o rectificadores. Así pues, pasan a convertirse en componentes fundamentales para el desarrollo de nano-RRAMS moleculares.

Gracias a la memoria resistiva de acceso aleatorio (RRAM) se pueden alterar los niveles de resistencia para almacenar datos complejos de forma sencilla y accesible.

Un proceso de almacenamiento complejo e innovador

La integración de la conmutación resistiva y la rectificación a nanoescala no deja de ser un desafío, en todos los niveles, que deben afrontar los equipos científicos multidisciplinares de todo el mundo. Se introduce una unión supramolecular biestable basada en catenano que funciona simultáneamente como un interruptor resistivo y un diodo.

Hay que recordar que todas las uniones supramoleculares son altamente estables y reproducibles a lo largo de miles de ciclos de conmutación resistiva. Todo ello es debido a que el nanoconfinamiento de dos anillos entrelazados mecánicamente puede estabilizar los estados radicales de los restos de piridinio en condiciones ambientales óptimas.

Para poder realizar uniones supramoleculares de forma óptima, con un espesor de unos 2 nm, es fundamental el desarrollo de RRAM basada en escala molecular. Esto permitirá, sin lugar a dudas, obtener una mejor solución de alta densidad, así como la eficiencia energética necesaria para afrontar todo tipo de operaciones de elevada complejidad.