Com grafeno, brasileira da USP cria memória que pode revolucionar a tecnologia

Quando você está usando o computador ou videogame e, de repente, a energia cai, todos os arquivos ou jogos abertos são reiniciados a partir do estado em que foram salvos pela última vez, o que nos faz perder grande parte do que já tinha sido feito.

O que promete a nova tecnologia?

• Uso do grafeno e do ITON é inédito
• Velocidade incrivelmente maior para PCs e até para Smartphones
• Menor chance de perda de dados
• Aparelhos ainda mais compactos e leves que os atuais
• Menor consumo de energia
• Memristores são uma promessa da indústria há alguns anos, que pode se tornar real com o chip criado no Brasil

Contudo, isto certamente não ocorrerá quando começarmos a usar máquinas feitas com memristores, ou seja, com memória resistiva (ReRAM). Isso porque, com os memristores, não haverá a divisão das informações dos eletrônicos em unidade de armazenamento (que não depende de energia) e memória volátil (instantânea) (que apaga com o aparelho desligado).

Inovação na USP

Uma nova maneira de fabricar memórias como essas foi criada por cientistas da USP e teve o pedido de registro aceito pelo Inpi (Instituto Nacional da Propriedade Industrial) em novembro de 2022. Marina Sparvoli, pós-doutoranda do Instituto de Física (IF) da USP, em colaboração com outros pesquisadores, desenvolveu mecanismo de memória baseado nos memristores a partir de materiais jamais combinados.

O protótipo consiste em camada de grafeno depositada entre contatos de indium tin oxynitride (Iton) — semicondutor pouco pesquisado — e de alumínio, como um sanduíche. A eletricidade passa por ele, gerando campo eletromagnético.

Dependendo da tensão, forma-se ou não filamento responsável pelo fenômeno de comutação resistiva, de alta e baixa resistência. A transparência do material também poderia permitir o uso em arquiteturas eletrônicas próximas à superfície das telas dos aparelhos, reduzindo ainda mais o espaço ocupado, embora esse uso ainda não tenha sido analisado e testado.

A grande vantagem dessa tecnologia é que, ao contrário das memórias atuais, as informações contidas nas memórias resistivas não somem quando o aparelho é desligado. Ainda não existem computadores equipados com tal dispositivo, por isso os testes são feitos em estações de prova de semicondutores (probe station).

Diferença detalhada entre as tecnologias

Quando ligamos um PC, o SO é copiado do dispositivo de armazenamento de dados, mais lento, para a memória RAM, de alta velocidade. Esse processo demorado, por exemplo, seria dispensado com o uso das memórias ReRAM. Além disso, os memristores são minúsculos, compreendendo algumas poucas centenas de átomos de espessura, e podem se comportar como conexões neurais biológicas.

Esse tipo de memória trabalha com estados de resistência alta e baixa, que correspondem ao código binário da linguagem de máquina (0 e 1). Já nos PCs, essa escrita é representada pelas tensões (?V) — e não pela resistência (?) — baixa (0) e alta (1). Os filamentos de memristores podem ocorrer na escala dos nanômetros, ou seja, de milionésimos de milímetro (0,000.000.001 metro), prometendo infinidade de informações salvas em minúsculo espaço de armazenamento.

A computação resistiva ainda não é utilizada em aparelhos comerciais. Embora alguns componentes já sejam vendidos separados, eles têm os cientistas como público-alvo. Em relação à tecnologia hoje utilizada nos PCs domésticos, de metal-óxido-semicondutor complementar (CMOS), ela é mais compactável e não está limitada pelos gargalos de processamento em série. Ou seja, podem enviar dados simultâneos ao invés de formar filas durante as transmissões nas linhas de comunicação internas.

Os arquivos salvos também ficariam muito menos suscetíveis a serem apagados acidentalmente. Para destruir a informação armazenada nesse novo tipo de memória, precisa ser aplicada forma muito específica de campo magnético que não existe na natureza. Para efeito de comparação, os dados contidos em unidades de armazenamento comuns podem ser destruídos apenas passando um ímã por perto.

Material inédito

O professor José Fernando Chubaci, que supervisiona Marina no pós-doutorado, conta que a aplicação de Iton a memórias resistivas nunca foi feita antes. "Esse é um projeto na fronteira do conhecimento mundial, que terá aplicação no mercado internacional daqui a dez, 15 ou 20 anos. A doutora Marina conseguiu criar memórias resistivas usando grafeno com o Iton, ampliando espaço de pesquisa na área e trazendo conhecimento ao nosso laboratório."

Marina explica que o Iton é variação do óxido de índio e estanho (ITO), este último usado no touchscreen, como telas de celulares. "A inovação está em usá-lo com o nitrogênio." O grafeno, por sua vez, é forma cristalina plana baseada no carbono, um dos elementos mais abundantes no planeta.

Esse cristal é formado por única camada de átomos. Mesmo sendo ultrafino, é extremamente forte e tem uma das melhores propriedades eletrônicas entre todos os materiais existentes.

As investigações de Marina com memristores começaram em 2016. Ela apresentou o invento em diversos encontros, com destaque para a Conferência Mundial de Carbono no Imperial College of Science de Londres, Inglaterra, em julho de 2022. A próxima etapa será testar a influência da luz na memória construída com esse material.