Escritura y borrado de memristores: un modelo microscópico

Investigadores del Departamento de Física desarrollaron un modelo microscópico que permite modelar el funcionamiento de memristores (memorias resistivas). 

Los memristores son dispositivos electrónicos que tienen interés por su posible aplicación para generar un nuevo tipo de memoria no volátil, con fuertes posibilidades de ser aplicados en medios hostiles para la electrónica (alta radiación o altas amplitudes térmicas) así como para desarrollar una electrónica con capacidades de reproducir el funcionamiento de axones y/o neuronas. Sus capacidades como memorias o como dispositivos neuromórficos están basadas en el mecanismo de conmutación resistiva (resistive switching). Están generalmente formados por interfaces metal-oxido, cuyas propiedades electrónicas particulares de cada material que la compone determinan su comportamiento específico.  Entender la física fundamental y los modelos necesarios para describir estos dispositivos son ejes esenciales para avanzar en su diseño y aplicación. Esta investigación aporta una descripción completa y detallada de la situación microscópica que determina las propiedades de conmutación resistiva.

El logro del trabajo es inferir una imagen general de las interfaces metal-óxido como la de una zona donde se mezclan las fases conductoras y aislantes en una escala nanométrica.  En el estudio los investigadores abordan los mecanismos de transporte a través de junturas metal (plata)-óxido, dónde el óxido es una cobaltita, analizando las características tensión-corriente a distintas temperaturas, lo que permitió entender los modificaciones microscópicas que se producen al realizar cambios en el estado resistivo. Este óxido pertenece a la familia de óxidos complejos, en los que el contenido de oxígeno presente en su estructura cristalina puede variarse, tanto por las condiciones termodinámicas de presión y temperatura circundantes, como mediante estímulos externos (campos eléctricos suficientemente intensos). El trabajo mostró que las vacancias de oxígeno generadas en el óxido cercano a la interfaz por la aplicación de campos eléctricos actúan como trampas para las cargas eléctricas, lo que determina en gran parte cómo conduce la electricidad.

El trabajo también propone un circuito equivalente que reproduce el funcionamiento eléctrico de este memristor, en el que se modela la contribución de las trampas del óxido con un elemento no-lineal basado en el mecanismo de conducción de Poole-Frenkel.  

La investigación fue realizada el profesor del Departamento de Física, de la FCEyN, UBA Carlos Acha, como continuación del trabajo iniciado por su tesista de dorctorado Alejandro Schulman, con muestras provenientes de Japón (Dres. K. Daoudi y T. Tsuchiya) y que fueron caracterizadas estructuralmente por el Dr. M. Boudard de la Universidad de Grenoble Alpes (Francia) en el marco de una colaboración con el Laboratorio de Bajas Temperaturas del DF-IFIBA.

Transport mechanism through metal-cobaltite interfaces
C. Acha, A. Schulman, M. Boudard, K. Daoudi and T. Tsuchiya
Appl. Phys. Lett. 109, 011603 (2016)
http: //scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/109/1/10.1063/1.4955204

[+] INFO
- Sobre conmutación resistiva, ver: http: //www.scholarpedia.org/article/Resistive_switching
- Sobre el trabajo realizado en Argentina sobre memorias resistivas para uso satelital, ver: http://nexciencia.exactas.uba.ar/memorias-resistivas-superconductores-estado-solido-memosat-acha-levy y también: http://nexciencia.exactas.uba.ar/agredidos-en-el-espacio