Eletrônica

MELRAM: Memória magnética com consumo quase zero

MELRAM: Memória magnetoelétrica tem consumo quase zero
A memória magnetoelétrica usa efeitos mecânicos, elétricos e magnéticos para guardar os dados. [Imagem: MIPT]

Memória magnetoelétrica

Uma equipe de pesquisadores da França e da Rússia acaba de obter um resultado revolucionário na área das memórias e do processamento de dados em geral: eles desenvolveram uma memória de acesso aleatório magnetoelétrica (MELRAM), que funciona a temperatura ambiente e diminui a geração de calor por várias ordens de grandeza nas operações de leitura dos dados.

O protótipo ainda é grande, medindo quase um milímetro, mas a equipe garante que sua solução pode ser miniaturizada sem nenhum efeito adverso sobre sua eficiência, o que torna a MELRAM promissora para aplicações em computadores com boot instantâneo, pendrives de consumo próximo a zero e centros de armazenamento de dados que exijam menos ar condicionado.

Tem havido um enorme esforço para a criação de novos tipos de memória mais energeticamente eficientes porque mais de 99% do consumo de energia para o processamento e armazenamento de informações é desperdiçado sob a forma de calor.

MELRAM

Cada célula da memória magnetoelétrica, ou MELRAM, é formada por dois componentes. O primeiro é um material piezoelétrico, a propriedade de certos materiais que se deformam em resposta a uma tensão elétrica e, inversamente, geram eletricidade sob tensão mecânica. O outro componente é uma estrutura em camadas caracterizada por uma alta magnetoelasticidade - sua magnetização depende da tensão mecânica a que estiver submetida.

Como a estrutura desse material misto é anisotrópica - isto é, é organizada de forma diferente ao longo de diferentes eixos, - ele pode ser magnetizado ao longo de duas direções, que correspondem ao zero e ao um lógicos do código binário. Em contraste com a DRAM, a RAM dinâmica tradicional, as células da memória magnetoelétrica são capazes de manter seu estado, não precisando ser continuamente reescritas, e não perdem informações quando a energia é desligada.

"Construímos uma peça de prova com cerca de 1 milímetro e mostramos que ela funciona. Vale ressaltar que as estruturas que utilizamos podem servir como base para células de memória de tamanho nano, cujas dimensões são semelhantes às das células de memória RAM normais," disse o professor Anton Churbanov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou.

Técnica de leitura

Embora a mistura de materiais um tanto exóticos explique o sucesso desta nova abordagem, uma questão crucial para tornar práticas as memórias magnetoelétricas foi um novo mecanismo de leitura de dados criado pela equipe, fornecendo uma alternativa aos sofisticados sensores de campo magnético usados em protótipos anteriores, equipamentos esses que não podem ser facilmente miniaturizados.

Ocorre que, quando uma tensão é aplicada à célula de memória, a camada piezoelétrica da estrutura é deformada. Dependendo da natureza da tensão mecânica resultante, a magnetização assume uma orientação específica, armazenando a informação, e essa mudança de orientação do campo magnético eleva a tensão na célula.

Basta então detectar essa tensão para determinar o estado da célula de memória - se ela está com valor zero ou um. Um inconveniente é que a operação de leitura afeta a magnetização, exigindo regravar o valor que foi lido - nas RAM atuais, os dados têm que ser regravados continuamente, sendo lidos ou não. Os ganhos de economia de energia registrados no protótipo já levam em conta esta regravação pós-leitura.

Bibliografia:

Magnetoelectric write and read operations in a stress-mediated multiferroic memory cell
Alexey Klimov, Nicolas Tiercelin, Yannick Dusch, Stefano Giordano, Théo Mathurin, Philippe Pernod, Vladimir Preobrazhensky, Anton Churbanov, Sergei Nikitov
Applied Physics Letters
DOI: 10.1063/1.4983717




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