Erstellen einer neuen Generation von Memristoren für digitales Speichern und Berechnen

Adding Third-Party Models to LTspice IV (Kann 2019).

Anonim

Memristoren sind eine neue Klasse von elektrischen Schaltkreisen - und sie könnten die Silizium-Ära beenden und die Elektronik für immer verändern. Seit HP 2008 erstmals einen funktionierenden Prototyp mit einem Titandioxid-Film entwickelt hat, haben Ingenieure versucht, das Modell zu perfektionieren.

Jetzt haben Forscher der Michigan Technological University einen idealen Memristor auf Basis von Molybdändisulfid-Nanoblättern hergestellt. Yun Hang Hu, der Charles und Carroll McArthur Professor für Materialwissenschaften und -technik, leitete die Forschung, die im Januar in Nano Letters veröffentlicht wurde.

Jenseits von Binärcode

Transistoren auf der Basis von Silizium, das die Hauptkomponente von Computerchips ist, arbeiten mit einem Elektronenfluss. Wenn der Elektronenfluss in einem Transistor unterbrochen wird, gehen alle Informationen verloren. Memristoren sind jedoch elektrische Geräte mit Speicher; ihr Widerstand hängt von der dynamischen Entwicklung der internen Zustandsvariablen ab. Mit anderen Worten, Memristoren können sich an die Ladungsmenge erinnern, die durch das Material fließt, und die Daten auch dann behalten, wenn das Gerät ausgeschaltet wird.

"Mit Memristoren können superschnelle Speicherchips mit mehr Daten bei geringerem Energieverbrauch erstellt werden", sagt Hu.

Darüber hinaus ist ein Transistor durch binäre Codes eingeschränkt - all die Einsen und Nullen, die das Internet betreiben, Candy Crush-Spiele, Fitbits und Heimcomputer. Im Gegensatz dazu funktionieren Memristoren ähnlich wie ein menschliches Gehirn, indem sie mehrere Ebenen verwenden, eigentlich jede Zahl zwischen null und eins. Memristoren werden zu einer Revolution für Computer führen und eine Chance schaffen, menschenähnliche künstliche Intelligenz zu erzeugen.

"Anders als ein elektrischer Widerstand, der einen festen Widerstand hat, besitzt ein Memristor einen spannungsabhängigen Widerstand." Hu erklärt und fügt hinzu, dass die elektrischen Eigenschaften eines Materials entscheidend sind. "Ein Memristor-Material muss einen Widerstand haben, der sich mit der Spannung reversibel ändern kann."

Seine Forschung zeigte, dass Molybdändisulfid-Nanoblätter vielversprechend für Memristoren sind. Der Erfolg des Materials beruht auf technischen atomaren Strukturen.

Ein idealer Memristor ist symmetrisch. Die Beziehung zwischen Strom und Spannung ist in beiden Quadranten geradzahlig, gerundet und gleich. In der Praxis zeigen Memristoren normalerweise einseitige Strom-Spannungs-Charakteristiken. Hu's Molybdändisulfid-Memristor zeigt jedoch die ideale Symmetrie. Dadurch wird das Material vorhersehbarer und konsistenter, da es für den Einsatz in der Elektronik entwickelt wurde.

Um diese Symmetrie zu erhalten, begannen Hu und sein Forscherteam mit Molybdändisulfid, auch Mineralmolybdänit genannt, das als industrielles Schmiermittel verwendet wurde. Sie manipulierten dann die atomaren, strukturellen Anordnungen, die als unterschiedliche Kristallphasen bezeichnet werden. Das Bulk-Material mit einer 2H-Phase funktioniert gut als ein normaler Widerstand, und um es zu einem Memristor zu machen, schälte das Team die molekularen Schichten zurück. Dieser Exfoliationsprozess erzeugt Molybdän-Disulfid-Nanoschichten mit 1T-Phase. Die Nanoschichten mit der 1T-Phase zeigen eine reversible Widerstandsänderung relativ zur Spannung, die für einen Memristor erforderlich ist. Die Forscher dispergierten schließlich Nanoschichten auf den beiden Seiten einer Silberfolie, um einen symmetrischen Memristor zu bilden.

"Dieses Material befindet sich für diese Anwendung am Anfang", fügt Hu hinzu und fügt hinzu, dass neue Materialien und bessere Memristoren die Art und Weise, wie Computer gebaut werden, radikal verändern könnten. Es wird mit kleineren und schnelleren Computerchips beginnen, aber dann gestikuliert er in seinem Büro. "Diese Memristor-Materialien werden sehr vielseitig sein, und eines Tages könnten dieses Whiteboard und diese Kaffeetasse Computer sein."

Und ein symmetrisches Memristor-Material bringt uns diesem Tag näher.

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