{"id":247933,"date":"2017-10-26T15:11:26","date_gmt":"2017-10-26T17:11:26","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=247933\/"},"modified":"2017-10-26T15:43:48","modified_gmt":"2017-10-26T17:43:48","slug":"el-secreto-de-los-memristores","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-secreto-de-los-memristores\/","title":{"rendered":"El secreto de los memristores"},"content":{"rendered":"
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IBM<\/span><\/a> Ilustraci\u00f3n de una red neuronal basada en memristores: estos nanocomponentes funcionar\u00edan de modo similar a las sinapsisIBM<\/span><\/p><\/div>\n

En 1971, un profesor de ingenier\u00eda el\u00e9ctrica y ciencias de la computaci\u00f3n de la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.) public\u00f3 un trabajo en el cual propon\u00eda la existencia de un nuevo componente b\u00e1sico de la electr\u00f3nica. Leon Chua postul\u00f3 la idea de que podr\u00eda haber un resistor con memoria: el memristor, con propiedades \u00fanicas, de confeccion\u00e1rselo a escala nanom\u00e9trica. Este elemento, en ese entonces un concepto te\u00f3rico y matem\u00e1tico, ser\u00eda capaz de oscilar casi instant\u00e1neamente entre el comportamiento de un aislante y el de un semiconductor, y de \u201crecordar\u201d su \u00faltimo nivel de resistencia el\u00e9ctrica cuando dejase de recibir una corriente. S\u00f3lo en 2008, 37 a\u00f1os despu\u00e9s, un equipo de HP Labs, en Estados Unidos, produjo el primer circuito basado en el componente elusivo. Los investigadores elaboraron una nanopel\u00edcula de \u00f3xido de titanio con memristores de 15 nan\u00f3metros. A partir de ese trabajo, el memristor pas\u00f3 a conocerse como un comod\u00edn en potencial de la naciente nanoelectr\u00f3nica. Ser\u00eda capaz de desempe\u00f1ar, m\u00e1s r\u00e1pido, con un menor consumo de energ\u00eda y en un menor espacio f\u00edsico, las dos tareas m\u00e1s b\u00e1sicas de una computadora: procesar (como un chip con transistores de silicio) y almacenar (como los discos r\u00edgidos de las PCs y la memoria flash<\/em> de los pen drives<\/em>) informaci\u00f3n.<\/p>\n

Hasta ahora no se sabe a ciencia cierta por qu\u00e9 los memristores funcionan de manera singular, aunque algunas empresas, tales como la gigante Panasonic y la peque\u00f1a Knowm, de Nuevo M\u00e9xico (EE.UU.), ya comercializan t\u00edmidamente versiones modestas de chips basados en este componente. El movimiento de algunos \u00e1tomos de ox\u00edgeno en el interior de nanopel\u00edculas de \u00f3xidos met\u00e1licos, cuando se los somete a distintas corrientes el\u00e9ctricas, es la tesis m\u00e1s aceptada para justificar las propiedades singulares de los memristores. Un equipo de f\u00edsicos te\u00f3ricos de las universidades Federal del ABC (UFABC), Estadual Paulista (Unesp) y Nacional de Yokohama (Jap\u00e3o) propuso a comienzos de julio, en un art\u00edculo publicado en Scientific Reports<\/em>, una explicaci\u00f3n alternativa de este fen\u00f3meno: la circulaci\u00f3n de electrones ser\u00eda la principal responsable de las caracter\u00edsticas de este componente, dado que el \u201candar\u201d de \u00e1tomos no ser\u00eda lo suficientemente r\u00e1pido como para producir los efectos atribuidos a los memristores.<\/p>\n

Estos componentes pueden alterar su resistencia en raz\u00f3n del paso de una corriente el\u00e9ctrica en pocos picosegundos (la billon\u00e9sima parte de un segundo equivale a un picosegundo). \u201cNo estamos afirmando que este efecto se deba \u00fanicamente a un fen\u00f3meno electr\u00f3nico\u201d, explica Gustavo Dalpian, f\u00edsico de la UFABC y coordinador del equipo que elabor\u00f3 el estudio te\u00f3rico, realizado en el marco de un proyecto tem\u00e1tico de la FAPESP. \u201cPero creemos que s\u00f3lo la oscilaci\u00f3n de los \u00e1tomos en el interior del material no ser\u00eda suficiente como para explicar las caracter\u00edsticas de los memristores\u201d. De acuerdo con el art\u00edculo, en determinadas configuraciones internas de sus \u00e1tomos, como en las llamadas fases deficientes en ox\u00edgeno del \u00f3xido de titanio, los memristores logran almacenar carga. \u201cEsto altera sus propiedades electr\u00f3nicas y, por consiguiente, su capacidad de conducir o no la electricidad\u201d, afirma el f\u00edsico Antonio Claudio Padilha, otro coautor del estudio, quien realiz\u00f3 su doctorado sobre el tema en la UFABC y actualmente realiza un posdoctorado en la Universidad de York, en Inglaterra.<\/p>\n

\"\"<\/a>La nueva propuesta de teor\u00eda tendiente a dilucidar la naturaleza del funcionamiento de los memristores a\u00fan requiere el respaldo de datos provenientes de experimentos. Algunos \u00a0investigadores que trabajan desde hace m\u00e1s tiempo en el \u00e1rea muestran su escepticismo con relaci\u00f3n al traslado del enfoque explicativo del fen\u00f3meno de los \u00e1tomos a los electrones. Tal es el caso del f\u00edsico Gilberto Medeiros-Ribeiro, de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG). En abril de este a\u00f1o, tres meses antes del art\u00edculo de Dalpian y sus colaboradores, Medeiros-Ribeiro y un equipo de investigadores de HP reforzaron la hip\u00f3tesis tradicional sobre el mecanismo de funcionamiento de este tipo de componentes con nuevas evidencias.<\/p>\n

En un art\u00edculo publicado en Nature Communications<\/em>, los cient\u00edficos informaron acerca de la medici\u00f3n de un ruido interno originado por el movimiento de iones (\u00e1tomos que perdieron o ganaron electrones) en un sistema con memristores elaborados con \u00f3xido de t\u00e1ntalo. \u201cEl ruido era 10 mil veces mayor en los puntos de contacto entre los \u00e1tomos y en los electrodos del circuito\u201d, informa Medeiros-Ribeiro, quien trabaj\u00f3 durante cuatro a\u00f1os y medio en HP Labs como gerente de investigaci\u00f3n con memristores antes de su contrataci\u00f3n en la universidad de Minas Gerais. \u201cEn las dimensiones de nuestros dispositivos, basta con que un \u00e1tomo de ox\u00edgeno \u2018avance\u2019 una posici\u00f3n at\u00f3mica dentro del memristor para que su resistencia disminuya 10 veces\u201d. En el estudio, Medeiros-Ribeiro y sus colegas de la empresa estadounidense crearon memristores en los cuales el canal interno, el espacio donde los iones podr\u00edan moverse, equival\u00eda al espesor de un \u00e1tomo. Como la radiaci\u00f3n c\u00f3smica de fondo constituye uno de los indicios de la existencia del Big Bang, ese ruido interno excesivo de los memristores, que ocurre \u00fanicamente en condiciones de contacto at\u00f3mico, ser\u00eda una evidencia del movimiento de los iones dentro del material.<\/p>\n

Pese a que los memristores no requieren de condiciones especiales para funcionar, trabajos anteriores de Medeiros-Ribeiro y de otros investigadores indican que pueden ocurrir enormes variaciones de temperatura en puntos espec\u00edficos de esos componentes. \u201cEl circuito en su totalidad se encuentra a temperatura ambiente, pero los puntos de contacto entre los \u00f3xidos met\u00e1licos y los electrodos pueden llegar a los 800 graus Celsius\u201d, explica Medeiros-Ribeiro. Esa acumulaci\u00f3n de calor en determinadas regiones tambi\u00e9n explica el r\u00e1pido movimiento de los \u00e1tomos dentro de esos componentes, seg\u00fan el f\u00edsico de la UFMG.<\/p>\n

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HP Labs<\/span><\/a> Prototipo de componente con la nueva tecnolog\u00eda de HP…HP Labs<\/span><\/p><\/div>\n

La estructura de un memristor es sumamente sencilla. Se trata de un nanofilme compuesto por hilos de un \u00f3xido met\u00e1lico de entre 20 y 50 nan\u00f3metros de ancho, conectado a dos electrodos de metal, los referidos puntos o polos de contacto. Si no fuese por su diminuta escala, esencial para que presente sus particularidades, podr\u00eda confundirse a los memristores con resistores convencionales, uno de los tres componentes pasivos (que no generan energ\u00eda) fundamentales de los circuitos electr\u00f3nicos, junto a los capacitores y a los inductores. \u201cLos memristores son componentes relativamente f\u00e1ciles de fabricar, aunque quedan todav\u00eda muchas preguntas sin respuesta al respecto de su funcionamiento\u201d, comenta Dalpian. Las hojas nanom\u00e9tricas de los memristores pueden apilarse y dar origen a colmenas con estos componentes.<\/p>\n

En t\u00e9rminos funcionales, un memristor, cuyas propiedades de procesamiento y almacenamiento suelen compararse con las de las neuronas, puede hacer mucho m\u00e1s que un resistor. \u00c9ste presenta una resistencia el\u00e9ctrica constante. Su capacidad de oponerse al paso de la corriente el\u00e9ctrica en un circuito es constante, independientemente del voltaje en que opere. En otras palabras, su conductividad el\u00e9ctrica, grande o peque\u00f1a, de acuerdo con el material utilizado para su fabricaci\u00f3n, no cambia nunca. Por eso el resistor es un componente fundamental para limitar y estabilizar la corriente en un sistema.<\/p>\n

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Knowm<\/span><\/a> …circuito comercial con ocho memristores de la empresa Knowm…Knowm<\/span><\/p><\/div>\n

En tanto, el memristor exhibe un comportamiento diferente. Cuando se lo somete a una determinada tensi\u00f3n en un cierto sentido, se comporta casi como un aislante: la corriente el\u00e9ctrica pasa con dificultad por el material. Es decir, es muy resistente a \u00e9sta con baja conductividad. Si la tensi\u00f3n y el sentido de la corriente se alteran, el componente se transforma en un semiconductor o incluso en un metal, con baja resistencia el\u00e9ctrica. La corriente fluye con facilidad. La capacidad de alternar su conductividad y su resistencia hace que el memristor pueda codificar informaci\u00f3n en forma binaria (0 y 1), como los chips actuales de las computadoras. El modo aislante equivaldr\u00eda al 0 y el semiconductor al 1, o viceversa.<\/p>\n

Lo sorprendente es que, m\u00e1s all\u00e1 de procesar datos, el memristor tambi\u00e9n logra almacenarlos. Esto es posible porque este componente \u201cse acuerda\u201d de su \u00faltimo estado de conductividad, si era el modo equivalente al 0 o al 1. Cuando se desconecta la corriente que lo alimenta, el memristor \u201cse acuerda\u201d si estaba trabajando en r\u00e9gimen de casi aislante o de semiconductor. A esta capacidad se la denomina propiedad no vol\u00e1til. En t\u00e9rminos computacionales, significa que un circuito basado en un tipo de memoria no vol\u00e1til puede desconectarse y conectarse nuevamente, y aun as\u00ed, logra recuperar la informaci\u00f3n archivada. La mayor\u00eda de las memorias de almacenamiento de las computadoras actuales \u2012los discos r\u00edgidos y la memoria flash<\/em>\u2012 son de este tipo. \u201cEl tiempo de grabaci\u00f3n de datos en un memristor es baj\u00edsimo: del orden de los nanosegundos, y la retenci\u00f3n de las informaci\u00f3n dura a\u00f1os\u201d, comenta Padilha.<\/p>\n

M\u00e1s all\u00e1 de actuar como un disco r\u00edgido para guardar informaci\u00f3n a largo plazo, el memristor tambi\u00e9n puede funcionar como el otro tipo de memoria presente en las computadoras, la memoria RAM (memoria de acceso aleatorio). Es un tipo de memoria vol\u00e1til. Cuando se apaga la m\u00e1quina, todo lo que est\u00e1 en la memoria RAM se pierde. Ella es la que permite cargar los programas que est\u00e1n instalados en la computadora. \u201cAl permitir la integraci\u00f3n de las memorias vol\u00e1tiles y no vol\u00e1tiles en un mismo dispositivo, a una computadora hipot\u00e9tica basada en memristores podr\u00eda sencillamente desenchuf\u00e1rsela sin que se perdieran los programas y la informaci\u00f3n almacenada\u201d, comenta Padilha. Cuando se la enchufase nuevamente, la m\u00e1quina empezar\u00eda a exhibir los datos instant\u00e1neamente en el punto en que dej\u00f3 de funcionar.<\/p>\n

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Universidad de Bielefeld <\/span><\/a> …y un chip fabricado en una universidad alemana: nanocircuitos que est\u00e1n m\u00e1s cerca del mercadoUniversidad de Bielefeld <\/span><\/p><\/div>\n

La posibilidad de que los memristores se conviertan en el coraz\u00f3n de una nueva generaci\u00f3n de computadoras, con una arquitectura que integre chips de procesamiento y dos tipos de memoria en un s\u00f3lo componente, parece razonable ante los avances de la nanotecnolog\u00eda. Investigadores acad\u00e9micos y de empresas como IBM trabajan con la idea de que estos componentes son los que m\u00e1s se asemejan a las redes neurales humanas, y ser\u00edan capaces de imitar a las sinapsis. HP, una compa\u00f1\u00eda de referencia en los estudios con memristores, hab\u00eda prometido lanzar en este a\u00f1o una computadora denominado \u201cThe Machine\u201d, basada en esa nueva tecnolog\u00eda. Pero esos planes quedaron postergados, oficialmente por motivos de econom\u00eda de escala.<\/p>\n

\u201cLas computadoras a base de memristores son mucho m\u00e1s factibles que las promesas de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, que requieren condiciones extremadamente controladas de funcionamiento\u201d, opina Medeiros-Ribeiro. \u201cPero actualmente no es algo trivial trasladar la tecnolog\u00eda de los memristores a una l\u00ednea de producci\u00f3n y fabricar un producto comercial\u201d. Independientemente de eventuales divergencias sobre los mecanismos que generan las propiedades caracter\u00edsticas de estos componentes, su colega Dalpian piensa de manera an\u00e1loga. \u201cSi bien en teor\u00eda es f\u00e1cil construir memristores, existen puntos referentes al control de calidad de los componentes que a\u00fan no se han resuelto totalmente\u201d, acota el investigador.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nPropiedades electr\u00f3nicas, magn\u00e9ticas y de transporte en nanoestructuras (n\u00ba 2010\/16202-3<\/a>); Modalidad<\/strong> Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Adalberto Fazzio (IF-USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 1.327.201,88.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\nPADILHA, A. C. M. et al.<\/em> Charge storage in oxygen deficient phases of TiO2: Defect Physics without defects<\/a>. Scientific Reports<\/strong>. 1\u00ba jul. 2016.
\nYI, W. et al.<\/em> Cuantized conductance coincides with state instability and excess noise in tantalum oxide memristors<\/a>. Nature Communications<\/strong>. 4 abr. 2016.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Cient\u00edficos procuran demostrar cu\u00e1l es el mecanismo de los memristores","protected":false},"author":13,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304,297],"coauthors":[101],"class_list":["post-247933","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es","tag-ingenieria"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/247933","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/13"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=247933"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/247933\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=247933"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=247933"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=247933"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=247933"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}