(PhysOrg.com) -- Una revisione critica dello stato attuale e delle prospettive future di nuove architetture di calcolo basate su "interruttori atomici" fabbricati controllando il movimento degli ioni cationici durante le reazioni elettrochimiche solide.

Takami Hino e collaboratori del WPI Center for Materials Nanoarchitectonics presso il National Institute for Materials Science (NIMS) di Tsukuba, presentano una rassegna di nuovi tipi di nanodispositivi e di calcolo basati su interruttori atomici a base cationica. Giappone. Il documento di revisione è pubblicato questo mese sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

I ricercatori descrivono i meccanismi fondamentali che regolano il funzionamento degli interruttori atomici nanoionici con esempi dettagliati dei propri tre dispositivi terminali, e prevedere un futuro brillante per l'integrazione di interruttori atomici con dispositivi al silicio convenzionali utilizzando materiali conduttivi ionici.

Gli interruttori atomici meccanici, azionati manipolando gli atomi tra una superficie conduttiva e la punta di un microscopio a effetto tunnel (STM), sono stati segnalati per la prima volta nei primi anni '90. Questi interruttori meccanici hanno suscitato un intenso interesse per lo sviluppo di interruttori atomici controllati elettricamente, prodotto dal movimento di ioni cationici in reazioni elettrochimiche solide, dove il funzionamento degli interruttori atomici cationici è governato dalla formazione di un canale conduttore in o su un conduttore ionico.

Ora, la sfida per i ricercatori in questo campo è la fabbricazione di strutture di dispositivi nanoionici che possono essere integrati con dispositivi semiconduttori di silicio e ossido di metallo convenzionali.

Nella sua configurazione più semplice, il funzionamento di un interruttore atomico nanoionico consiste nella formazione e disintegrazione di fili metallici di dimensioni nanometriche tramite una reazione elettrochimica solida, che porta a grandi cambiamenti nella resistenza tra gli elettrodi, gli stati "on" e "off".

In questa recensione, Hino e colleghi descrivono il controllo degli ioni d'argento nel solfuro d'argento, un conduttore ionico, utilizzando una punta STM per iniettare elettroni per produrre sporgenze d'argento sulla superficie del solfuro d'argento, e il loro restringimento applicando una tensione di polarizzazione appropriata tra la punta STM e l'elettrodo. È importante sottolineare che l'applicazione di una polarizzazione positiva tra una punta di solfuro d'argento e una superficie di platino porta alla crescita di fili d'argento e una polarizzazione negativa ha portato al loro restringimento. Questo controllo bipolare è importante per le applicazioni pratiche dei dispositivi.

Gli interruttori atomici di tipo gap sono un elemento fondamentale per i dispositivi nanoionici bipolari. Qui, i ricercatori forniscono un resoconto dettagliato della commutazione bipolare utilizzando punte STM in solfuro d'argento ed elettrodi di platino sulla base dei propri esperimenti su strutture di dispositivi a "traversa" con uno spazio di 1 nm tra solfuro d'argento e platino, con enfasi sul meccanismo fisico che governa la commutazione ad alta velocità a 1 MHz, e la scoperta che il tempo di commutazione diminuisce esponenzialmente all'aumentare della tensione di polarizzazione. Gli autori sottolineano che lo sviluppo di un metodo riproducibile per la fabbricazione di dispositivi "trasversali" è stato un importante passo avanti, che ha permesso la prima dimostrazione di circuiti nanoionici come le porte logiche.

In vista delle applicazioni pratiche degli interruttori atomici, gli autori forniscono esempi di interruttori atomici avanzati inclusi dispositivi di tipo gapless costituiti da metallo/conduttore ionico/strutture metalliche, dove uno dei metalli è elettrochimicamente attivo e l'altro inerte. In particolare, recenti rapporti sull'uso di ossidi metallici come conduttori ionici hanno dato ulteriore impulso alla commercializzazione dei dispositivi.

In particolare, Gli interruttori atomici gapless fungono anche da cosiddetti "memristori" (resistenze di memoria) - dispositivi di memoria multistato passivi a due terminali - in cui la dimensione della sporgenza del nanofilo regola le caratteristiche di funzionamento.

Altri interruttori atomici avanzati includono:tre dispositivi terminali come strutture con un elettrolita solido di solfuro di rame, dove la formazione di un ponte di rame tra un elettrodo di platino-source e un elettrodo di rame-drain è controllata da un elettrodo di gate in rame; e interruttori atomici fotoassistiti, che non richiedono nanogap, e le sporgenze di nanofili sono cresciute mediante irradiazione ottica di un materiale fotoconduttivo situato tra l'elettrodo conduttore di anioni ed elettroni e un elettrodo contrometallo. intrigante, poiché l'interruttore è acceso quando la sporgenza metallica in crescita raggiunge il controelettrodo, e la sporgenza non cresce nel buio, l'interruttore atomico fotoassistito si comporta come un interruttore programmabile che potrebbe essere utilizzato nella memoria di sola lettura programmabile cancellabile (EPROM).

Gli autori descrivono anche le "capacità di apprendimento" degli interruttori atomici in grado di memorizzare memorie a breve e lungo termine in singoli dispositivi nanoionici; interruttori bipolari non volatili; due porte logiche di commutazione atomica terminali; e array di porte programmabili sul campo integrati con dispositivi CMOS.

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