Eletrônica de fronteira inspirada no cérebro é feita na fronteira... dos materiais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/02/2025

O memoristor surge não do material, mas da interface entre duas porções do material nas quais os momentos elétricos dos átomos estão alinhados em direções diferentes.
[Imagem: Gerado por IA/Gemini]

Processamento na interface dos materiais

Estamos caminhando rumo a um futuro no qual seu telefone, computador ou até mesmo um pequeno dispositivo vestível poderá aprender como o cérebro humano, processando informações de forma mais rápida, inteligente e usando menos energia.

Um dos elementos centrais rumo a essa computação neuromórfica é o memoristor, um componente eletrônico que possui memória, o que significa que é possível fazer computação na memória e até mesmo inteligência artificial em hardware.

Agora, pesquisadores descobriram um modo inusitado de construir memoristores que poderão chegar aos limites da miniaturização: Em vez de construir componentes 2D ou 3D em nanoescala, como hoje se faz, o memoristor é criado na interface entre dois materiais.

O segredo está nas chamadas paredes de domínio, limites quase invisíveis e minúsculos - entre 1 e 10 nanômetros - que surgem naturalmente, ou podem até ser injetados ou apagados, dentro de cristais isolantes especiais chamados ferroelétricos - as paredes de domínio dentro desses cristais separam regiões com diferentes orientações de carga.

A novidade é que essas pequenas fronteiras, apesar de estarem embutidas dentro de cristais isolantes, podem funcionar como canais para regular o fluxo de elétrons e, portanto, podem armazenar e processar informações de modo comparável ao funcionamento dos neurônios do cérebro humano.

"Com este novo projeto, essas paredes de domínio ferroelétrico em materiais ferroelétricos cristalinos estão prontas para alimentar uma nova geração de dispositivos de memória adaptáveis, nos aproximando de eletrônicos mais rápidos, mais ecológicos e mais inteligentes," disse o professor Pankaj Sharma, da Universidade Flinders, na Austrália. "Nossos resultados reafirmam a promessa das paredes de domínio ferroelétrico para aplicações de computação neuromórfica e na memória inspiradas no cérebro com base em dispositivos ferroelétricos integrados."

Componente memorresistivo de parede de domínio ferroelétrico. A lacuna intereletrodos é atravessada por uma única parede de domínio, fixada estrategicamente em alguns locais (setas) na superfície do filme.
[Imagem: P. Sharma/Flinders University]

Memoristor de parede de domínio

A equipe conseguiu demonstrar como as paredes de domínio ferroelétricas, abrangendo uma área acessível por meio de dois terminais, podem funcionar como memoristores, componentes que podem armazenar informações em vários níveis, indo além do binário, e ainda lembrar o histórico da sua atividade elétrica, de modo semelhante às sinapses do cérebro humano.

"Em nossa pesquisa, uma única parede de domínio ferroelétrico foi injetada e projetada de forma controlável para imitar o comportamento do memoristor. Ao aplicar campos elétricos, manipulamos cuidadosamente o formato e a posição dessa parede única, fazendo com que ela se dobre e deforme. Esse movimento controlado leva a mudanças nas propriedades eletrônicas da parede, desbloqueando sua capacidade de armazenar e processar dados em diferentes níveis," disse Sharma.

A chave para isso está na interação entre a fixação da superfície da parede (onde ela é fixada) e sua liberdade para torcer ou se deformar, indo mais profundamente no material.

"Essas torções controladas criam um espectro de estados eletrônicos, permitindo o armazenamento de dados em vários níveis e eliminando a necessidade de injeção ou apagamento repetitivo na parede, tornando os dispositivos mais estáveis e confiáveis," disse o professor Jan Seidel.

"Estes novos componentes de parede de domínio altamente reproduzíveis e com baixo consumo de energia poderão revolucionar a computação neuromórfica, os sistemas inspirados no cérebro que prometem remodelar a inteligência artificial e o processamento de dados," completou seu colega Valanoor Nagarajan.

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