Le celle di memoria resistive o ReRAM in breve sono considerate la nuova super soluzione di archiviazione delle informazioni del futuro. Attualmente, vengono perseguiti due concetti di base, quale, fino ad ora, sono stati associati a diversi tipi di ioni attivi. Ma questo non è del tutto corretto, come ricercatori Jülich che lavorano insieme ai loro coreani, I colleghi giapponesi e americani furono sorpresi di scoprirlo. Nelle celle di memoria a variazione di valenza (VCM), non solo gli ioni di ossigeno carichi negativamente sono attivi, ma, come le celle di memoria a metallizzazione elettrochimica (ECM), lo sono anche gli ioni metallici caricati positivamente. L'effetto consente di modificare le caratteristiche di commutazione secondo necessità e consente di spostarsi avanti e indietro da un concetto all'altro, come riportato dai ricercatori sulle riviste Nanotecnologia della natura e Materiale avanzato .

Le celle ReRAM hanno una caratteristica unica:la loro resistenza elettrica può essere alterata applicando una tensione elettrica. Le cellule si comportano come un materiale magnetico che può essere magnetizzato e smagnetizzato nuovamente. In altre parole, hanno uno stato ON e uno OFF. Ciò consente di memorizzare informazioni digitali, cioè informazioni che distinguono tra "1" e "0". I vantaggi più importanti delle ReRAM sono che possono essere commutate rapidamente, consumare poca energia, e mantengono il loro stato anche dopo lunghi periodi di assenza di tensione esterna.

Il comportamento memristivo delle ReRAM si basa su ioni mobili. Questi ioni si muovono in modo simile a una batteria, scorre avanti e indietro tra due elettrodi in uno strato di ossido metallico spesso non più di pochi nanometri. Per molto tempo, i ricercatori ritenevano che i VCM e gli ECM funzionassero in modo molto diverso. Negli ECM, gli stati ON e OFF si ottengono quando gli ioni metallici si muovono e formano filamenti simili a baffi. Questo accade quando viene applicata una tensione elettrica, facendo crescere tali filamenti tra i due elettrodi della cella. La cella è praticamente in corto circuito e la resistenza diminuisce bruscamente. Quando il processo è attentamente controllato, informazioni possono essere memorizzate. Il comportamento di commutazione dei VCM, in contrasto, erano principalmente associati allo spostamento degli ioni di ossigeno. Contrariamente agli ioni metallici, sono caricati negativamente. Quando viene applicata una tensione, gli ioni escono da un composto metallico contenente ossigeno. Il materiale diventa improvvisamente più conduttivo. Anche in questo caso, il processo deve essere controllato più attentamente.

I ricercatori Jülich che lavorano insieme ai loro partner della Chonbuk National University, Jeonju, il National Institute for Materials Science di Tsukuba e il Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston hanno scoperto un secondo processo di commutazione inaspettato nei VCM:anche gli ioni metallici aiutano a formare filamenti nei VCM. Il processo è stato reso visibile perché gli scienziati hanno soppresso il movimento degli ioni di ossigeno. Fare così, hanno modificato la superficie applicando un sottile strato di carbonio direttamente all'interfaccia del materiale dell'elettrodo con l'elettrolita solido. In un caso, hanno usato il grafene "materiale miracoloso", che comprende un solo strato di carbonio. "Il grafene è stato usato per sopprimere il trasporto di ioni ossigeno attraverso il confine di fase e per rallentare le reazioni dell'ossigeno. Improvvisamente, abbiamo osservato una caratteristica di commutazione simile a quella di una cella ECM e quindi supponiamo che gli ioni metallici liberi siano attivi anche nei VCM. Ciò è stato inoltre verificato utilizzando la microscopia a effetto tunnel (STM) e gli esperimenti di diffusione. Sembra che gli ioni metallici forniscano un supporto aggiuntivo per il processo di commutazione, " dice la dottoressa Ilia Valov, elettrochimico presso il Peter Grünberg Institute di Jülich (PGI-7).

Incorporare un tale intercalare di carbonio consentirebbe di passare da un processo di commutazione all'altro nei VCM. Ciò porterebbe a nuove opzioni per la progettazione di ReRAM. "A seconda dell'applicazione, our findings could be exploited and the effect purposely enhanced or intentionally suppressed, " says Valov. The scientists' findings give rise to several questions. "Existing models and studies will have to be reworked and adapted on the basis of these findings, " says the Jülich scientist. Further tests will clarify how such novel components behave in practice.