🇷🇺 🇨🇳 Горизонты технологий. Материалы и наномемристоры. Совместные разработки. Россия. Китай

Разработан перовскитный мемристор, выдерживающий 1.5 тысячи циклов перезаписи

Это разработка российских и китайских ученых, представляющих Университет ИТМО, ФТИ им. Иоффе и Харбинский инженерный университет.

Предложенная гетероструктура с инертными контактами и монокристаллом вместо поликристалла кардинально повысила стабильность устройства, позволив ему работать без деградации десятки дней и выдержать >1500 циклов переключения, что является одним из лучших показателей для перовскитных мемристоров и основным достижением исследования.

В традиционных поликристаллических пленках границы между кристаллитами пропускают влагу и кислород, вызывая деградацию. Использование монокристалла решило эту проблему.

Кроме способности к перезаписям ученые отмечают способность наномемристора не деградировать в течение месяцев. Разработка рекордно невелика по размерам – 130-160 нм, а его потребление – 70-80 нВт, на порядок ниже, чем у кремниевых устройств. Отмечается высокая скорость переключения.

Как ожидается, такие мемристоры пригодятся для создания ультракомпактных процессоров для нейроморфных разработок.

Основная особенность мемристора – способность сохранять сопротивление в зависимости от протёкшего через него электрического заряда. Они потребляют меньше энергии, чем «классические» транзисторы.

Способность мемристора плавно менять своё сопротивление (синаптический вес) под действием электрических импульсов позволяет ему быть идеальной аппаратной основой для искусственных синапсов в нейросетях. Это основа для создания аналоговых процессоров.

От мемристоров ожидают, что они позволят создавать энергоэффективные системы хранения и обработки информации, включая нейроморфные вычисления, обработку сигналов в системах ИИ, машинного зрения, акустико‑речевых системах и биоинтерфейсах.

Перовскиты – лишь один из перспективных материалов для создания мемристоров. Основной их недостаток на фоне ряда возможностей – нестабильность. Ученые из российско-китайской команды предложили использовать омические инертные контакты и монокристаллические нанокубы из цезия бромида свинца (CsPbBr3). Это один из наиболее химически стойких известных перовскитов. Монокуб располагают между оксидом индия-олова и алмазом, регированным бором. Эти электроды обеспечивают устойчивость переключения мемристоров.

Модель поведения зарядов в наноскристаллах показала, что накопление их у границы с контактов вызывает эффект мемристивности за счет того, что скопление зарядов создает дипольный момент, меняющий энергетический барьер в области перовскит-контакт.

Ученые планируют собрать одиночные мемристоры в кросс-бары, что позволит реализовать полноценные векторно-матричные операции — основу всех вычислений в глубоких нейросетях. На этом массиве можно будет провести различные эксперименты. Другое перспективное направление исследований – тестирование других материалов в поисках еще более интересных результатов.

@RUSmicro, научная статья в Opto-Electronic Advances