Новый материал для нейрокомпьютеров

Новые материалы, в которых может быть реализован биполярный эффект резистивных переключений, предложили ученые кафедры физики твердого тела и наносистем Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ в сотрудничестве со специалистами из Института физики твердого тела РАН, а также Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН. Эти материалы могут стать основой для разработки компьютера на основе мемристоров*, которые не только хранят, но и обрабатывают информацию подобно нейронам мозга человека. Результаты опубликованы в журнале Materials Letters. Об этом рассказывает интернет-издание «Открытая наука».

Исследования этого явления сегодня ведутся во всем мире, причем как в теоретическом ключе, так и в свете прикладных задач. В частности, биполярный эффект резистивных переключений может быть использован для создания энергонезависимых двухтерминальных ячеек памяти, а также мемристора — четвертого фундаментального элемента электроники. Мемристоры могут стать основой нового подхода к обработке информации — так называемого мемкомпьютинга.

Мемкомпьютингом называют новый способ обработки информации, когда оперативная и долговременная (жесткий диск) память осуществляются одними и теми же элементами — подобно нейронам головного мозга.

Эффект резистивных переключений проявляется в том, что под действием внешнего электрического поля проводимость материала может меняться на несколько порядков. Таким образом реализуются два метастабильных состояния — высокорезистивное и низкорезистивное. Если характер переключения зависит от направления электрического поля, эффект называется биполярным. Сам физический механизм переключения зависит от типа материала — это может быть образование проводящих каналов за счет миграции ионов металла, формирование барьеров Шоттки, фазовые переходы металл — диэлектрик и другие.

В НИЯУ МИФИ ведут поиск новых материалов, в которых может быть реализован биполярный эффект резистивных переключений. Ранее было показано, что он наблюдается в системах с сильными электронными корреляциями, к ним относятся, например, материалы с колоссальным магнетосопротивлением, а также высокотемпературные сверхпроводники.

В результате исследований ученые остановили свой выбор на эпитаксиальных пленках, которые образуются на поверхности монокристаллической подложки из титаната стронция (эпитаксия — это закономерное и упорядоченное нарастание одного кристаллического материала на другом). Ученые доказали возможность использования этих пленок для создания мемристоров для компьютеров нового поколения.

* Мемристор — пассивный элемент в микроэлектронике, способный изменять свое сопротивление в зависимости от протекавшего через него заряда.