Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), en Estados Unidos, y uno de los mayores fabricantes de memoria para ordenadores, Samsung, han creado una memoria flash que usa grafeno -láminas de carbono puro con el espesor de un átomo- junto con silicio para almacenar información.

Incorporar grafeno a la memoria flash podría extender la viabilidad de esta tecnología durante muchos años y permitir que los aparatos electrónicos portátiles del futuro almacenen mucha más información.

Los fabricantes de chips consiguen introducir cada vez más cantidad de datos en el mismo espacio físico mediante la miniaturización de las celdas de memoria utilizadas para almacenar los bits individuales. Dentro de las memorias flash actuales, dichas celdas son transistores de 'puerta flotante' a nanoescala. En los últimos años hemos asistido a una rápida miniaturización de estas celdas, lo que ha permitido, por ejemplo, que el iPhone 4 almacene el doble de datos que el iPhone 3. Pero por debajo de un determinado tamaño, el silicio se vuelve menos estable y esto podría detener los avances en miniaturización.

La tecnología basada en el grafeno, como la demostrada por el equipo de UCLA y Samsung, podría permitir que la memoria flash siguiera encogiendo. Los prototipos creados por el grupo se describen en la revista en línea ACS Nano.

“No estamos sustituyendo el silicio por completo, sino usando el grafeno como capa de almacenaje”, explica Augustin Hong, quien trabajó en las memorias flash de UCLA y ahora es miembro del Centro de Investigación Watson de IBM. “Estamos usando grafeno para ampliar las capacidades de la tecnología convencional”, añade Hong.

Los prototipos de memoria flash de grafeno se pueden leer y escribir usando menos energía que la memoria flash convencional y pueden almacenar datos con mayor estabilidad a lo largo del tiempo, incluso aquellos miniaturizados. Los investigadores de UCLA también han demostrado que cumplen con el estándar que marca la industria sobre los 10 años de retención de datos. La memoria flash que se fabrica hoy en día también cumple con estos estándares, pero las versiones futuras podrían no hacerlo. Y, lo que es más importante, las celdas de memoria de grafeno no interfieren eléctricamente unas con otras, un problema que presentan las celdas de memoria flash convencionales según se van haciendo más pequeñas y que puede provocar que funcionen mal.

Otros investigadores están trabajando en nuevas memorias de ordenador, más radicales, que prometen almacenar más datos. Sin embargo, muchas de estas alternativas requieren de materiales difíciles de obtener y procesos de fabricación completamente nuevos. Reemplazar el silicio por grafeno en las celdas de memoria flash podría proporcionar una solución más sencilla y práctica, al menos a corto plazo.

Las celdas de memoria de grafeno rinden más debido a la inusual estructura química del material y a sus propiedades eléctricas, afirma Kang Wang, profesor de ingeniería eléctrica en UCLA y director del estudio. Uno de los problemas de la memoria flash basada en el silicio es que a medida que las celdas de memoria se hacen más pequeñas, las puertas del transistor deben ser más gruesas en comparación con el resto del circuito para poder almacenar una carga suficiente, y generalmente estas celdas con puertas gruesas tienden a interferir con sus vecinas. Como las puertas fabricadas con grafeno son extremadamente finas -según Wang- no interfieren unas con otras. El grafeno almacena, además, mucha más carga que el silicio sin que ésta se pierda, otro problema que presenta la memoria flash convencional a medida que se miniaturizan las celdas.

Hasta ahora, las celdas de memoria flash de grafeno creadas por los investigadores son relativamente grandes (de unos diez micrómetros). Pero el grafeno, al contrario que el silicio, no tiene propiedades físicas conocidas que pudieran provocar una disminución del rendimiento con la miniaturización de los dispositivos. “Los resultados de sus simulaciones sugieren que los aparatos hechos de grafeno pueden reducirse hasta una escala de diez nanómetros”, explica Barbaros Özyilmaz, profesor adjunto de física en la Universidad Nacional de Singapur, que no ha tenido que ver con el estudio. La memoria flash convencional resulta inestable cuando es menor de 22 nanómetros.

Wang afirma que ahora los investigadores están construyendo celdas de grafeno más pequeñas para probarlas. Su grupo colaboró con investigadores de Samsung en el proyecto y está hablando con Micron sobre una posible comercialización.

“Una de las dudas ahora es cuándo debemos empezar a introducir grafeno en una línea de fabricación comercial”, afirma Wang. La fabricación de semiconductores es un proceso muy bien controlado, ya que cualquier defecto a escala atómica puede provocar que un chip de alto rendimiento se convierta en una basura, así que introducir un nuevo material requiere mucho tiempo y cuidado.

Wang sostiene que, en teoría, no debería ser difícil añadir grafeno a los chips, porque el material es relativamente estable y se puede cultivar sobre obleas usando procesos que ya son habituales en las plantas de  producción de chips.