IBM ha annunciato un nuovo passo avanti nello studio dei materiali a livello molecolare che potrebbe aprire la strada a una nuova classe di memorie non volatili e chip in grado di consumare meno energia rispetto alle soluzioni attuali. Anziché adottare i tradizionali metodi usati per caricare i semiconduttori, gli scienziati di IBM hanno scoperto un nuovo modo di alimentare i chip basandosi su piccole correnti ioniche, cioè flussi di molecole cariche che possono mimare il modo in cui opera il cervello umano, cioè in base agli eventi.
I computer odierni usano semiconduttori basati sulla tecnologia CMOS. I materiali e le tecniche per sviluppare e realizzare chip CMOS stanno tuttavia raggiungendo limiti fisici e prestazionali, per cui presto ci sarà la necessità di realizzare dispositivi ad alte prestazioni e bassi consumi battendo altre strade. I ricercatori di IBM sono i primi a convertire gli ossidi metallici dallo stato isolante a quello conduttivo usando l'inserzione e la rimozione di ioni di ossigeno durante il processo di caratterizzazione dei materiali.
L'approccio di IBM di realizzare un elemento di elaborazione usando un liquido ionico per controllare se un ossido metallico conduce oppure isola.
L'esperimento di IBM ha mostrato che quando il materiale diventa un conduttore, il chip di memoria è in grado di mantenere uno stato metallico stabile persino in assenza di energia. Questa caratteristica non volatile significa che il chip può essere usato per archiviare e trasportare i dati in modo molto più efficiente, anziché richiedere che il silicio sia costantemente messo sotto l'influenza di una corrente elettrica.
"La nostra capacità di capire e controllare la materia a dimensioni molecolari ci ha permesso di arrivare ad avere nuovi materiali che un giorno potrebbero differenziarsi della tecnologie basate sul silicio", ha dichiarato il Dr. Stuart Parkin, IBM Fellow in IBM Research. "Stiamo scrivendo un nuovo capitolo nel futuro del computing con innovazioni - anche guardando al di là dei dispositivi tradizionali caricati elettricamente - per impedire che l'industria di sbatta contro un muro di mattoni tecnologico".
A sinistra, una goccia di liquido ionico sopra un elemento di elaborazione. A destra una vista ingrandita degli elementi della circuiteria che includono un'interfaccia elettrica a sinistra, drain a destra e quattro contatti diagnostici in alto e in basso.
Per arrivare a questa scoperta, i ricercatori di IBM hanno applicato un elettrolita ionico liquido caricato positivamente a un materiale ossido isolante e convertito con successo il materiale in un metallo conduttore. Il materiale mantiene il proprio stato metallico fino a quando un elettrolita ionico caricato negativamente lo riconverte nuovamente allo stato isolante originario.
La transizione tra metallo e isolante è cosa nota nel mondo dei ricercatori, tuttavia IBM ha scoperto che è la rimozione e l'iniezione di molecole di ossigeno all'interno di ossidi metallici a essere responsabile per i cambiamenti negli stati del materiale. La transizione da uno stato conduttivo a uno isolante è stata raggiunta in passato cambiando la temperatura o applicando una sollecitazione esterna, ma queste due soluzioni non si prestano facilmente alla produzione elettronica.
La scoperta di IBM non dovrebbe portare a chip in grado di rimpiazzare il silicio, ma una nuova classe di processori. "Non è un confronto diretto", ha affermato Parkin. I nuovi dispositivi basati su correnti ioniche potrebbero operare più lentamente degli omologhi al silicio, ma sarebbero capaci di eseguire calcoli con un'efficienza di gran lunga maggiore. "Il nostro obiettivo è quello di ispirarci al cervello umano", ha concluso Parkin.