Um grupo da Universidade de Hebei, na China, demonstrou que a introdução de 5 mol.% de íons zinco em cristais de niobato de lítio reduz em 69 % a energia necessária para inverter a polarização ferroelétrica, possibilitando a programação de memristores com luz visível.
O avanço, descrito em artigo na revista Advanced Materials publicado em 30 de janeiro de 2026, mostra que filmes de 85 nm de niobato de lítio dopado com zinco podem ser comutados de forma estável usando um laser de 405 nm com intensidade de apenas 10 mW/cm² — nível comparável à iluminação interna moderada. A resposta estende-se de 405 nm a 650 nm, e o estado gravado permanece indefinidamente após o desligamento da luz.
Como funciona
Durante o crescimento do cristal, vacâncias de lítio facilitam que átomos de nióbio ocupem posições incorretas, criando armadilhas eletrônicas que elevam a barreira de comutação. Os íons Zn2+ ocupam esses sítios de lítio, impedem a migração do nióbio e provocam leve distorção estrutural. O dopante também reduz a largura de banda proibida do material, permitindo que fótons visíveis gerem portadores de carga que neutralizam o campo interno contrário à mudança de polarização.
Cálculos quânticos indicam que a barreira de comutação cai de 146 meV no material puro para 45 meV após o doping. Com essa queda, os portadores excitados por luz visível são suficientes para reorientar domínios ferroelétricos e fixá-los na nova configuração.
Dispositivo e desempenho
Os memristores foram fabricados por co-deposição combinando sputtering por laser pulsado e magnetron em substratos condutores de titanato de estrôncio. Eletrodos superiores de platina completam a estrutura.
- Variação de tensão de comutação: 2,2 % a 3,2 % em 100 ciclos.
- Retenção do estado: >104 s.
- Durabilidade: >108 ciclos sem degradação.
- 24 níveis distintos de resistência com razão ON/OFF ≈103.
Comportamento sináptico
Imagem: Nanowerk https
Sob estímulo óptico, os dispositivos reproduziram facilitação de pulso pareado, transições de memória de curto para longo prazo e aprendizado associativo do tipo pavloviano. Um ciclo de aprendizagem-esquecimento-reaprendizagem mostrou que menos pulsos são necessários para reaprender, comportamento análogo ao de sinapses biológicas.
Reservoir computing
Para testar aplicações práticas, os pesquisadores construíram uma rede de reservoir computing óptica. Linhas de pixels do banco de dígitos manuscritos MNIST foram codificadas em 16 sequências de pulsos luminosos, e a condutância dos memristores serviu como saída do reservatório. Mesmo com forte ruído gaussiano — simulando névoa ou tempestades de areia — a rede alcançou 98,6 % de acurácia.
O estudo sugere que memristores de niobato de lítio dopado com zinco podem integrar detecção, armazenamento e processamento de informação visual em um único chip, dispensando luz ultravioleta ou lasers de alta potência e simplificando a fabricação em comparação a tecnologias anteriores baseadas em método de implante iônico e colagem de lâminas.
Com informações de Nanowerk
