Os cientistas encontraram material para criar um cérebro artificial

Os cientistas encontraram uma oportunidade de criar uma sinapse artificial para resolver problemas semelhantes ao processo de pensamento humano. Hoje, muitas opções são oferecidas para isso, e uma das mais promissoras é vista em ferroelétricos. A memória FeRAM foi produzida nesses materiais por 20 anos, e uma nova pesquisa mostra como fazer elementos de memória de espessura atômica e aproximar a computação neuromórfica no volume de um processador.

Fonte da imagem: Stanford University

Na memória FeRAM disponível comercialmente, o elemento de comutação é geralmente feito de piezocerâmica, ou seja, titanato de zirconato de chumbo (PZT). As propriedades do material para manter a polarização mesmo após a remoção do sinal de controle externo – o campo eletromagnético – dá à memória FeRAM sua propriedade mais importante de não volatilidade. Ele salva dados mesmo quando está desligado. Isso é extremamente importante para simular o trabalho do cérebro. Mas em sua forma atual, a célula FeRAM é muito grande e o “cérebro” com seu uso será muito, muito grande.

Para a fabricação de sinapses artificiais, estruturas de filme fino com vários átomos de espessura são convenientes – isso dará pequenas dimensões, alta densidade e baixo consumo de energia. Descobriu-se que o óxido de háfnio (HfO2) é um material ferroelétrico bastante promissor para sinapses artificiais de filme fino. Este material é depositado de forma excelente a partir de um ambiente de gás usando métodos modernos de criação de estruturas de filme fino com alta precisão e controle confiável. As temperaturas dos processos de fabricação do filme são compatíveis com a tecnologia de processo CMOS e não queimarão os elementos do chip durante o processo de fabricação.

Representação esquemática de uma sinapse humana (esquerda) e uma célula de memória ferroelétrica (direita). Fonte da imagem: ACS Appl. Elétron. Mater. 2020, 2, 12, 4023–4033

Um problema particular era que as propriedades ferroelétricas do HfO2 são relativamente instáveis, mas a adição de zircônio (Zr) resolveu o problema. Assim, o composto de óxido de háfnio-zircônio (HZO) provou ser um dos fortes candidatos para a fabricação de memória usando ferroelétricos e promete uma revolução na computação de memória.