研究人员报告了记忆电阻材料组成的突破

时间:2020-06-03 22:47 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

研究人员报告了记忆电阻材料组成的突破

世界各地的科学家都在加紧研究记忆装置,这种装置的耗电量极低,其行为与大脑中的神经元类似。来自Julich Aachen研究联盟(JARA)和德国技术集团Heraeus的研究人员现在报告了对这些元素功能行为的系统控制。材料组成的最小差异被证明是至关重要的,如此之小以至于直到现在,专家们都没有注意到它们。研究人员的设计方向可以帮助提高基于记忆技术的应用的多样性、效率、选择性和可靠性,例如,节能、非易失性存储设备或基于神经系统的计算机。

早在2017年,日本电气公司就在太空卫星上安装了首个记忆原型。惠普(Hewlett Packard)、英特尔(Intel)、IBM和三星(Samsung)等许多领先企业都在努力将基于记忆元素的创新类型的电脑和存储设备推向市场。

从根本上说,记忆电阻器就是“带有记忆的电阻”,在这种电阻中,高电阻可以转换成低电阻,然后再转换回来。这在原则上意味着这些装置是适应性的,类似于生物神经系统中的突触。“记忆元素被认为是模仿大脑的受神经启发的计算机的理想候选,它在深度学习和人工智能方面吸引了大量的兴趣,”法国维也纳大学彼得·格伦伯格研究所(pi -7)的伊利亚·瓦洛夫博士说。

在最新一期的《科学进展》(Science Advances)杂志上,他和他的团队描述了记忆元素的转换和神经形态行为是如何被选择性控制的。根据他们的发现,关键因素是开关氧化物层的纯度。Valov说:“无论你使用的是99.999999%纯的材料,还是在1000万个纯材料原子中引入一个外来原子,还是在100个原子中引入外来原子,记忆元素的性质都有很大的不同。”

到目前为止,专家们一直忽视了这一效应。它可以非常特别地用于设计记忆系统,就像在信息技术中掺杂半导体一样。“引入外来原子使我们能够控制薄氧化层的溶解度和传输特性,”Heraeus科技集团的克里斯蒂安·诺伊曼博士解释说。自2015年构思出最初的想法以来,他一直在为这个项目贡献自己的材料专业知识。

瓦洛夫说:“近年来,记忆装置的开发和使用取得了显著的进步,但这种进步往往是在纯粹的经验基础上取得的。”利用他的团队获得的见解,制造商现在可以有条不紊地开发记忆元素,选择他们需要的功能。掺杂浓度越高,元素电阻随入射电压脉冲数的增加和减少变化越慢,电阻保持越稳定。“这意味着我们已经找到了一种设计具有不同兴奋性的人工突触的方法,”Valov说。

研究人员报告了记忆电阻材料组成的突破

人造突触的设计规范

大脑学习和记忆信息的能力很大程度上可以归因于这样一个事实:神经元之间的连接在频繁使用时得到加强。记忆器件有不同的类型,如电化学金属化单元(ECMs)或价变记忆单元(VCMs),表现相似。当使用这些元件时,电导率随输入电压脉冲数的增加而增加。这种变化也可以通过施加极性相反的电压脉冲来逆转。

JARA的研究人员在ECMs上进行了系统的实验,包括一个铜电极、一个铂电极和它们之间的一层二氧化硅。由于与Heraeus研究人员的合作,JARA的科学家们获得了不同种类的二氧化硅:一种纯度为99.9999999%——也称为8N二氧化硅——另一种含有100到10000 ppm(百万分之一)的外来原子。他们实验中使用的精确掺杂玻璃是由石英玻璃专家Heraeus con肟公司专门开发和制造的,该公司也拥有这项技术的专利。铜和质子作为移动掺杂剂,铝和镓作为非挥发性掺杂剂。

记录切换时间证实了理论

根据他们的一系列实验,研究人员能够表明,ECM开关时间随着掺杂原子数量的变化而变化。如果开关层由8N二氧化硅构成,则记忆元件仅在1.4纳秒内开关。迄今为止,对ECMs测量的最快值约为10纳秒。通过掺杂含有10,000 ppm外来原子的成分的氧化物层,开关时间被延长到毫秒范围。

“我们也可以从理论上解释我们的结果。这有助于我们理解纳米尺度上的物理化学过程,并将这些知识应用于实践,”Valov说。基于普遍适用的理论考虑和实验结果的支持,他相信,掺杂/杂质效应的发生,可以用于所有类型的记忆元素。

当前位置:主页 > 物理知识 >

声明:本文小可爱科技知识网整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/wuli/yjrybgljydzclzcdtp.html

围观: 次 | 责任编辑:小可爱科技知识网



回到顶部