Confronto tra la sinapsi e la memoria ad accesso casuale con tunneling a due terminali (TRAM). Nelle giunzioni (sinapsi) tra i neuroni, i segnali vengono trasmessi da un neurone all'altro. TRAM è costituito da una pila di diversi strati:uno strato semiconduttore di bisolfuro di molibdeno (MoS2) con due elettrodi (drain e source), uno strato isolante di nitruro di boro esagonale (h-BN) e uno strato di grafene. Questa architettura a due terminali simula i due neuroni che componevano la struttura sinaptica. Quando la differenza di tensione tra drain e source è sufficientemente elevata, elettroni dal tunnel dell'elettrodo di drain attraverso l'h-BN isolante e raggiungono lo strato di grafene. La memoria viene scritta quando gli elettroni sono immagazzinati nello strato di grafene, ed è cancellato dall'introduzione di cariche positive nello strato di grafene. Credito:Istituto per le scienze di base
Lo scorso marzo, il programma di intelligenza artificiale (AI) AlphaGo ha battuto il campione coreano di Go LEE Se-Dol al gioco da tavolo asiatico. "La partita è stata piuttosto serrata, ma AlphaGo usava 1200 CPU e 56, 000 watt all'ora, mentre Lee usava solo 20 watt. Se viene sviluppato un hardware che imita la struttura del cervello umano, possiamo far funzionare l'intelligenza artificiale con meno potenza, " sottolinea il professor YU Woo Jong. In collaborazione con la Sungkyunkwan University, ricercatori del Center for Integrated Nanostructure Physics all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS), hanno ideato un nuovo dispositivo di memoria ispirato alle connessioni neuronali del cervello umano. La ricerca, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , mette in evidenza le prestazioni altamente affidabili del dispositivo, lungo tempo di ritenzione e resistenza. Inoltre, la sua elasticità e flessibilità lo rendono uno strumento promettente per l'elettronica morbida di prossima generazione attaccata ai vestiti o al corpo.
Il cervello è in grado di apprendere e memorizzare grazie a un numero enorme di connessioni tra i neuroni. Le informazioni che memorizzi vengono trasmesse attraverso le sinapsi da un neurone all'altro come segnale elettrochimico. Ispirato da queste connessioni, Gli scienziati di IBS hanno costruito una memoria chiamata memoria ad accesso casuale con tunneling a due terminali (TRAM), dove due elettrodi, indicato come scarico e sorgente, assomigliano ai due neuroni comunicanti della sinapsi. Mentre l'elettronica mobile tradizionale, come le fotocamere digitali e i telefoni cellulari utilizzano la cosiddetta memoria flash a tre terminali, il vantaggio delle memorie a due terminali come TRAM è che le memorie a due terminali non necessitano di uno strato di ossido spesso e rigido. "La memoria flash è ancora più affidabile e ha prestazioni migliori, ma TRAM è più flessibile e può essere scalabile, " spiega il professor Yu.
TRAM è costituito da una pila di strati di cristallo 2D dello spessore di un atomo o di pochi atomi:uno strato del disolfuro di molibdeno semiconduttore (MoS2) con due elettrodi (drain e source), uno strato isolante di nitruro di boro esagonale (h-BN) e uno strato di grafene. In parole povere, viene creata la memoria (logico-0), letto e cancellato (logico-1) dal flusso di cariche attraverso questi strati. TRAM memorizza i dati mantenendo gli elettroni sul suo strato di grafene. Applicando tensioni diverse tra gli elettrodi, gli elettroni fluiscono dal drenaggio allo strato di grafene tunneling attraverso lo strato isolante di h-BN. Lo strato di grafene si carica negativamente e la memoria viene scritta e conservata e viceversa, quando vengono introdotte cariche positive nello strato di grafene, la memoria viene cancellata.
Lo spessore appropriato degli strati isolanti h-BN consente agli elettroni di passare attraverso il tunnel e raggiungere lo strato di grafene senza perdite. Sono stati testati strati di H-BN di diversi spessori e uno spessore di 7,5 nanometri è risultato essere il più appropriato. Credito:Istituto per le scienze di base
Gli scienziati dell'IBS hanno selezionato con cura lo spessore dello strato isolante h-BN poiché hanno scoperto che uno spessore di 7,5 nanometri consente agli elettroni di passare dall'elettrodo di drenaggio allo strato di grafene senza perdite e senza perdere flessibilità.
Flessibilità ed elasticità sono infatti due caratteristiche chiave di TRAM. Quando il TRAM è stato fabbricato su plastica flessibile (PET) e materiali in silicone estensibile (PDMS), potrebbe essere teso fino allo 0,5% e al 20%, rispettivamente. Nel futuro, TRAM può essere utile per salvare dati da smartphone flessibili o indossabili, telecamere per gli occhi, guanti chirurgici intelligenti, e dispositivi biomedicali attaccabili al corpo.
Ultimo, ma non per importanza, La TRAM ha prestazioni migliori rispetto ad altri tipi di memorie a due terminali note come memoria ad accesso casuale a cambiamento di fase (PRAM) e memoria ad accesso casuale resistivo (RRAM).
La memoria ad accesso casuale (TRAM) a tunneling a due terminali mostra una buona flessibilità quando è costruita su polietilene tereftalato (PET) flessibile. TRAM può essere utile per dispositivi morbidi indossabili o collegabili al corpo di nuova generazione. Credito:Istituto per le scienze di base
