L'illustrazione mostra un fascio di elettroni che colpisce una sezione di un memristor, un dispositivo la cui resistenza dipende dalla memoria del flusso di corrente passato. Quando il raggio colpisce diverse parti del memristore, induce correnti diverse, fornendo un'immagine completa delle variazioni della corrente in tutto il dispositivo. Alcune di queste variazioni di corrente indicano luoghi in cui possono verificarsi difetti, indicato da cerchi sovrapposti nel filamento (biossido di titanio), dove è conservata la memoria. Credito:NIST
Nella corsa per costruire un computer che imiti l'enorme potenza di calcolo del cervello umano, i ricercatori si rivolgono sempre più ai memristori, che possono variare la loro resistenza elettrica in base alla memoria dell'attività passata. Gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno ora svelato il funzionamento interno a lungo misterioso di questi elementi semiconduttori, che può agire come la memoria a breve termine delle cellule nervose.
Proprio come la capacità di una cellula nervosa di segnalare un'altra dipende dalla frequenza con cui le cellule hanno comunicato nel recente passato, la resistenza di un memristore dipende dalla quantità di corrente che lo ha attraversato di recente. Inoltre, un memristore conserva quella memoria anche quando l'alimentazione elettrica è spenta.
Ma nonostante il vivo interesse per i memristori, gli scienziati non hanno una comprensione dettagliata di come funzionano questi dispositivi e devono ancora sviluppare un set di strumenti standard per studiarli.
Ora, Gli scienziati del NIST hanno identificato un tale set di strumenti e lo hanno utilizzato per sondare più a fondo il funzionamento dei memristori. Le loro scoperte potrebbero portare a un funzionamento più efficiente dei dispositivi e suggerire modi per ridurre al minimo la dispersione di corrente.
Brian Hoskins del NIST e dell'Università della California, Santa Barbara, insieme agli scienziati del NIST Nikolai Zhitenev, Andrei Kolmakov, Jabez McClelland e i loro colleghi del NanoCenter dell'Università del Maryland a College Park e dell'Istituto per la ricerca e lo sviluppo in microtecnologie di Bucarest, ha riportato i risultati in un recente Comunicazioni sulla natura .
Per esplorare la funzione elettrica dei memristori, il team ha puntato un fascio di elettroni strettamente focalizzato in diverse posizioni su un memristore di biossido di titanio. Il raggio ha liberato alcuni degli elettroni del dispositivo, che formavano immagini ultranitide di quei luoghi. Il raggio ha anche indotto quattro correnti distinte a fluire all'interno del dispositivo. Il team ha determinato che le correnti sono associate alle molteplici interfacce tra i materiali nel memristore, che consiste di due strati metallici (conduttori) separati da un isolante.
"Sappiamo esattamente da dove provengono ciascuna delle correnti perché stiamo controllando la posizione del raggio che sta inducendo quelle correnti, " disse Hoskins.
Nell'imaging del dispositivo, il team ha trovato diverse macchie scure, regioni di maggiore conduttività, che indicavano i punti in cui la corrente potrebbe fuoriuscire dal memristore durante il suo normale funzionamento. Questi percorsi di dispersione risiedevano all'esterno del nucleo del memristor, dove passa tra i livelli di resistenza bassa e alta che sono utili in un dispositivo elettronico. La scoperta suggerisce che la riduzione delle dimensioni di un memristor potrebbe ridurre al minimo o addirittura eliminare alcuni dei percorsi di corrente indesiderati. Sebbene i ricercatori avessero sospettato che potesse essere così, non avevano una guida sperimentale su quanto ridurre le dimensioni del dispositivo.
Poiché i percorsi di perdita sono minuscoli, coinvolgendo distanze di soli 100-300 nanometri, "probabilmente non inizierai a vedere alcuni miglioramenti davvero grandi finché non riduci le dimensioni del memristor su quella scala, " ha detto Hoskin.
Con loro sorpresa, il team ha anche scoperto che la corrente correlata all'interruttore di resistenza del memristore non proveniva affatto dal materiale di commutazione attivo, ma lo strato di metallo sopra di esso. La lezione più importante dello studio dei memristori, Hoskins ha notato, "è che non puoi preoccuparti solo dell'interruttore resistivo, il punto di commutazione stesso, devi preoccuparti di tutto ciò che lo circonda." Lo studio del team, Ha aggiunto, "è un modo per generare un'intuizione molto più forte su quello che potrebbe essere un buon modo per progettare i memristori".
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.
