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Os cientistas alcançaram um avanço no desenvolvimento da memória de mudança de fase não volátil – um tipo de memória eletrônica que pode armazenar dados mesmo quando a energia é desligada – em um material que nunca apresentou o tipo de características que tal memória exige .
Até agora, a memória de mudança de fase foi desenvolvida principalmente usando calcogenetos – um grupo de materiais conhecidos por exibirem mudanças elétricas reversíveis quando fazem a transição entre seus estados cristalino e amorfo.
Mas e se houver um material ainda melhor por aí?
Em um estudo publicado recentemente, os pesquisadores relataram uma comutação termicamente reversível da resistividade elétrica à temperatura ambiente em um níquel em camadas – oferecendo potencialmente melhor desempenho e sustentabilidade superior.
O estudo foi publicado na revista Ciência Avançada em 3 de setembro de 2023.
Os níquelatos em camadas são uma classe de materiais de óxido complexos compostos de íons de níquel. Eles exibem uma estrutura em camadas, onde planos de átomos de níquel e oxigênio são intercalados com camadas contendo outros elementos, geralmente elementos de terras alcalinas ou de terras raras. Seu arranjo único em camadas atraiu o interesse de pesquisadores devido às propriedades intrigantes de seus elétrons, com aplicações potenciais em áreas como supercondutividade e, neste caso, eletrônica.
O níquelato em camadas específico dos pesquisadores é composto por camadas de átomos de estrôncio, bismuto e oxigênio em um arranjo estrutural de ‘sal-gema’, intercalados com camadas de moléculas de átomos de estrôncio, níquel e oxigênio em uma estrutura de perovskita. As perovskitas são definidas por uma estrutura cristalina específica de dois átomos com carga positiva e um com carga negativa, e têm uma série de propriedades intrigantes, desde supercondutividade até ferroeletricidade – uma polarização elétrica espontânea que pode ser revertida pela aplicação de um campo elétrico.
Esta última característica é de particular interesse no que diz respeito à memória de mudança de fase não volátil, uma vez que esta última depende da capacidade de um material alternar entre dois estados de resistividade elétrica de maneira reversível.
“Queríamos saber se uma reversibilidade semelhante poderia ser alcançada termicamente”, disse Hideyuki Kawasoko, coautor do estudo e cientista de materiais da Universidade de Tohoku, no Japão.
Tal reversibilidade foi demonstrada em vários calcogenetos – qualquer composto formado com elementos do grupo 16 da tabela periódica (como enxofre, selênio e telúrio), mas não em óxidos de metais de transição (compostos de oxigênio e quaisquer elementos encontrados na porção intermediária). da tabela periódica, especificamente nos grupos 3 a 12) – pelo menos até agora.
Isto é importante porque, embora os calcogenetos já tenham se mostrado eficazes para muitas aplicações de memória de mudança de fase, os óxidos de metais de transição geralmente apresentam melhor estabilidade térmica e química em comparação com alguns calcogenetos. Isto poderia levar a dispositivos com vida útil mais longa e que podem operar em condições mais desafiadoras.
Muitos óxidos de metais de transição também são mais abundantes que os calcogenetos, o que pode reduzir custos e melhorar a sustentabilidade. E os óxidos de metais de transição já são amplamente utilizados em eletrônica, sensores e aplicações relacionadas. Se puderem ser adaptados a novas funções, como a memória de mudança de fase, poderá ser mais fácil integrá-los nos processos e dispositivos de fabrico existentes – simplificando ainda mais a cadeia de abastecimento, o que potencialmente tem vantagens adicionais de sustentabilidade.
Os pesquisadores descobriram que seu níquel em camadas específico exibe uma mudança de fase cristalina termicamente reentrante. Isto se refere a um tipo de mudança de fase que ocorre quando um material sofre uma transição reversível entre três fases cristalinas após aquecimento e resfriamento.
“Basicamente, o material pode alternar entre as três fases várias vezes à medida que é aquecido e resfriado”, disse Tomoteru Fukumura, o outro autor do artigo.
Isto contrasta com uma mudança de fase típica, que é irreversível e ocorre apenas uma vez quando o material é aquecido ou resfriado. A mudança de fase termicamente reentrante observada no níquel em camadas no estudo é significativa porque permite a comutação reversível da resistividade elétrica – e, crucialmente, à temperatura ambiente, o que permite o desenvolvimento de memória de mudança de fase não volátil de vários níveis usando este tipo de material, e em aplicações cotidianas.
O estudo também esclareceu os mecanismos específicos envolvidos na comutação reversível da resistividade elétrica à temperatura ambiente, o que poderia ter implicações importantes para quaisquer dispositivos que dependam de memória não volátil de forma muito mais ampla do que no que diz respeito ao material específico deste estudo.
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