Memorie ultra-rapide grazie a dei micro-difetti: la scoperta italiana

Una nuova scoperta arriva dal campus universitario di Brescia nell’ambito delle memorie ultra-rapide grazie a dei micro-difetti.

Nel campus universitario Cattolica di Brescia è stata fatta un’interessante scoperta. Claudio Giannetti, nonché direttore dei laboratori Interdisciplinari di Fisica Avanzata dei Materiali presso il Dipartimento di Matematica e Fisica dell’ateneo, ha condotto gli studi.

Nello specifico, essi hanno identificato un nuovo meccanismo alla base della transizione tra stato isolante e conduttivo in alcuni materiali.

In particolare, lo studio mette in evidenza come certi difetti nella struttura cristallina dei materiali possano innescare il fenomeno di transizione tra isolamento e conduzione elettrica.

Questo comportamento è stato studiato su un tipo di isolante in particolare, noto come “materiale di Mott”. A questo punto serve conoscerne i dettagli.

Gli studi che hanno portato alla scoperta

I “materiali di Mott” si distinguono da quelli tradizionali in quanto possono passare da uno stato isolante da uno conduttivo (switching resistivo) grazie a specifiche condizioni. I ricercatori hanno dimostrato che la causa di questa transizione non è casuale come si pensava in precedenza, ma dipende da difetti topologici presenti nella struttura cristallina del materiale.

Questi materiali si utilizzano in numerose applicazioni tecnologiche avanzate, tra cui dispositivi elettronici ad alta velocità, memorie resistive e tecnologie ottiche. Tra i materiali analizzati, l’ossido di vanadio V₂O₃ si è rivelato particolarmente interessante, in quanto è noto per la sua capacità di modificare le proprietà elettriche e ottiche in risposta a stimoli esterni come temperature elevate o campi elettrici.

Una nuova comprensione dello switching resistivo

I ricercatori hanno esaminato questo comportamento sotto l’effetto di una tensione elettrica. Nello specifico essi hanno adottato tecniche avanzate di microscopia a raggi x. Hanno osservato che si formano canali metallici a livello nanometrico all’interno del materiale nel momento in cui la tensione viene applicata. Questo processo di transizione tra stati isolante e conduttivo non è casuale come si pensava. Anzi, si è rivelato una causa di difetti specifici nella topologia della struttura cristallina. Tali difetti sembrano determinare il passaggio dallo stato isolante a quello conduttivo. Una tale scoperta potrebbe avere delle conseguenze significative per il controllo di dispositivi elettronici avanzati. Il professor Giannetti e la sua squadra hanno condotto esperimenti all’avanguardia presso il Diamond Light Source nel Regno Unito. Qui hanno avuto la possibilità di osservare in tempo reale l’apertura di canali metallici sotto l’azione della tensione. Grazie a questa tecnica sono stati in grado di analizzare la reazione del materiale a tensioni superiori al limite. In questo modo hanno dimostrato che la transizione non è casuale ma segue un percorso determinato dalla presenza di difetti topologici.

Ma questa ricerca a che cosa porterà? Innanzitutto, un elemento molto importante è che questa nuova conoscenza potrebbe migliorare la progettazione di dispositivi come le memorie resistive (ReRAM). Grazie ad una tale comprensione si potrebbero realizzare memorie più leste e con un consumo energetico notevolmente ridotto rispetto alle tecnologie attuali. Oltre a ciò, la ricerca potrebbe portare a nuovi dispositivi neuromorfici, simili alle sinapsi del cervello umano. Questi potrebbero tornare utili per sviluppare tecnologie di intelligenza artificiale avanzata. Successivamente, si potrebbe registrare una riduzione dei consumi energetici in vari dispositivi elettronici. Questo grazie alla possibilità di sviluppare interruttori a bassa energia. Questo fa capire come i progressi possano portare a dispositivi che offrono prestazioni superiori. In definitiva, la scoperta delle proprietà topologiche dei materiali di Mott potrebbe modificare il futuro dell’elettronica avanzata.