L'illustration montre un faisceau d'électrons frappant une section d'un memristor, un appareil dont la résistance dépend de la mémoire du courant passé. Lorsque le faisceau frappe différentes parties du memristor, il induit des courants différents, donnant une image complète des variations du courant dans tout l'appareil. Certaines de ces variations de courant indiquent des endroits où des défauts peuvent se produire, indiqué par des cercles qui se chevauchent dans le filament (dioxyde de titane), où la mémoire est stockée. Crédit :NIST
Dans la course pour construire un ordinateur qui imite la puissance de calcul massive du cerveau humain, les chercheurs se tournent de plus en plus vers les memristors, qui peuvent faire varier leur résistance électrique en fonction de la mémoire de l'activité passée. Les scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont maintenant dévoilé le fonctionnement interne longtemps mystérieux de ces éléments semi-conducteurs, qui peut agir comme la mémoire à court terme des cellules nerveuses.
Tout comme la capacité d'une cellule nerveuse à en signaler une autre dépend de la fréquence à laquelle les cellules ont communiqué dans un passé récent, la résistance d'un memristor dépend de la quantité de courant qui l'a récemment traversé. De plus, un memristor conserve cette mémoire même lorsque l'alimentation électrique est coupée.
Mais malgré le vif intérêt pour les memristors, les scientifiques n'ont pas une compréhension détaillée du fonctionnement de ces appareils et n'ont pas encore développé un ensemble d'outils standard pour les étudier.
Maintenant, Les scientifiques du NIST ont identifié un tel ensemble d'outils et l'ont utilisé pour sonder plus en profondeur le fonctionnement des memristors. Leurs découvertes pourraient conduire à un fonctionnement plus efficace des appareils et suggérer des moyens de minimiser les fuites de courant.
Brian Hoskins du NIST et de l'Université de Californie, Santa Barbara, avec les scientifiques du NIST Nikolai Zhitenev, Andreï Kolmakov, Jabez McClelland et leurs collègues du NanoCenter de l'Université du Maryland à College Park et de l'Institut de recherche et de développement en microtechnologies de Bucarest, rapporté les résultats dans un récent Communication Nature .
Pour explorer la fonction électrique des memristors, l'équipe a dirigé un faisceau d'électrons étroitement focalisé à différents endroits sur un memristor en dioxyde de titane. Le faisceau a libéré certains des électrons de l'appareil, qui ont formé des images ultra-nettes de ces endroits. Le faisceau a également induit quatre courants distincts à circuler dans le dispositif. L'équipe a déterminé que les courants sont associés aux multiples interfaces entre les matériaux dans le memristor, qui se compose de deux couches métalliques (conductrices) séparées par un isolant.
"Nous savons exactement d'où viennent chacun des courants car nous contrôlons l'emplacement du faisceau qui induit ces courants, " dit Hoskins.
Lors de l'imagerie de l'appareil, l'équipe a trouvé plusieurs points noirs - des régions de conductivité améliorée - qui indiquaient des endroits où le courant pourrait s'échapper du memristor pendant son fonctionnement normal. Ces voies de fuite résidaient à l'extérieur du noyau du memristor, où il bascule entre les niveaux de résistance faible et élevé qui sont utiles dans un dispositif électronique. La découverte suggère que la réduction de la taille d'un memristor pourrait minimiser ou même éliminer certaines des voies de courant indésirables. Bien que les chercheurs aient pensé que cela pourrait être le cas, ils manquaient de conseils expérimentaux sur la réduction de la taille de l'appareil.
Parce que les voies de fuite sont minuscules, impliquant des distances de seulement 100 à 300 nanomètres, "vous n'allez probablement pas commencer à voir de très grosses améliorations tant que vous n'aurez pas réduit les dimensions du memristor à cette échelle, " a déclaré Hoskins.
A leur grande surprise, l'équipe a également découvert que le courant corrélé avec le commutateur de résistance du memristor ne provenait pas du tout du matériau de commutation actif, mais la couche métallique au-dessus. La leçon la plus importante de l'étude memristor, Hoskins a noté, « est-ce que vous ne pouvez pas vous soucier uniquement du commutateur résistif, le point de commutation lui-même, vous devez vous soucier de tout ce qui l'entoure." L'étude de l'équipe, il ajouta, "est un moyen de générer une intuition beaucoup plus forte sur ce qui pourrait être un bon moyen de concevoir des memristors."
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.
