Celule de memorie memristive Procese noi în celulele moderne de memorie ReRAM decodate - LABO ONLINE

Celulele de memorie Memristive, pe scurt ReRAM, sunt noile super amintiri ale viitorului. În prezent sunt urmărite două concepte de bază care au fost asociate anterior cu diferite tipuri de ioni activi - fie încărcați negativ, fie pozitiv. Dar acest lucru nu este pe deplin corect, așa cum au descoperit surprinzător cercetătorii Jülich împreună cu colegii sud-coreeni, japonezi și americani.

Deoarece în celulele de schimbare a valenței (VCM), pe lângă ionii de oxigen încărcați negativ - la fel ca în celulele de metalizare electrochimică (ECM) - sunt activi și ioni metalici încărcați pozitiv. Efectul face posibilă ajustarea proprietăților de comutare într-o manieră direcționată și combinarea celor două concepte, așa cum arată cercetătorii în revistele "Nature Nanotechnology" și "Advanced Materials".

Celulele ReRAM sunt caracterizate de o proprietate specială: rezistența lor electrică poate fi modificată prin aplicarea unei tensiuni electrice. Ca urmare, celulele se comportă ca un material magnetic care este magnetizat și apoi demagnetizat din nou. Există, ca să spunem așa, o stare ON și OFF. În acest fel, informațiile digitale pot fi stocate, adică informații care diferențiază doar între „1” și „0”. Principalele avantaje ale acestor ReRAM-uri: pot fi comutate foarte repede, consumă puțină energie și își păstrează starea mult timp chiar și atunci când nu mai există tensiune externă.

Compania pentru articol

Subiecte din articol

Proprietățile memristive ale ReRAM-urilor se bazează pe ioni mobili. Practic, foarte asemănătoare cu o baterie, se mișcă înainte și înapoi între doi electrozi într-un strat de oxid de metal gros de doar câțiva nanometri. Pentru o lungă perioadă de timp, cercetările au crezut că VCM și ECM diferă semnificativ în modul în care funcționează. În ECM, starea PORNIT sau OPRIT se realizează atunci când ionii metalici se mișcă și formează filamente asemănătoare fibrelor. Acest lucru se întâmplă atunci când este aplicată o tensiune electrică. Ca urmare, un astfel de filament crește între cei doi electrozi ai celulei. Celula este practic scurtcircuitată - rezistența scade brusc. Informațiile pot fi apoi salvate prin controlul țintit al procesului.

Articole pe această temă

memristive

Transportul datelor cu o rețea skyrmion și molecule organice

Cercetătorii filmează stocarea magnetică cu mișcare super lentă

Tunelarea electronilor ca stocare de date a viitorului?

Proprietățile de comutare ale așa-numitelor VCM, pe de altă parte, au fost asociate în primul rând cu deplasarea ionilor de oxigen. Spre deosebire de ionii metalici, aceștia sunt încărcați negativ. Când se aplică o tensiune, ionii se deplasează dintr-un compus metalic care conține oxigen. Materialul devine brusc mai conductiv. Și aici, scopul este de a controla acest proces într-o manieră direcționată.

Cu toate acestea, împreună cu partenerii lor de la Universitatea Națională Chonbuk din Jeonju, Institutul Național pentru Știința Materialelor din Tsukuba și Institutul de Tehnologie Massachussetts (MIT) din Boston, cercetătorii Jülich au descoperit un al doilea proces de comutare neașteptat în VCM-uri: Metalul și în VCM-uri -Ionii contribuie, de asemenea, la formarea filamentelor.

Procesul a devenit vizibil doar pentru că oamenii de știință au suprimat mișcarea ionilor de oxigen. Pentru a face acest lucru, au modificat suprafețele prin aplicarea unui strat subțire de carbon direct peste materialul electrodului. Într-un caz, au folosit grafen, cunoscut și sub denumirea de „material miraculos”, care constă doar dintr-un singur strat de carbon. „Grafenul ar trebui să suprime transportul ionilor de oxigen prin limita fazei și să încetinească reacțiile oxigenului. Dintr-o dată am reușit să schimbăm caracteristicile care seamănă cu celula ECM și, prin urmare, presupune că ionii metalici mobili sunt activi și în VCM. Acest lucru a fost confirmat de experimente suplimentare cu microscopie de scanare prin tunel (STM) și experimente de difuzie. Evident, ionii metalici susțin și procesul de comutare ", spune dr. Ilia Valov, electrochimist la Institutul Jülich Peter Grünberg (PGI-7).

Instalarea unui astfel de strat intermediar din carbon ar permite VCM-urilor să treacă de la un proces de comutare la altul. Acest lucru ar deschide noi posibilități pentru proiectarea ReRAM-urilor. "În funcție de aplicație, descoperirile noastre pot fi folosite prin creșterea conștientă sau suprimarea deliberată a efectului", explică Valov. Cu toate acestea, rezultatele oamenilor de știință ridică și întrebări: poate fi ajustat ", spune omul de știință Jülich. Testele suplimentare sunt, de asemenea, destinate să clarifice modul în care se comportă în practică componentele noi care se bazează pe constatări.

Lucrarea de cercetare a fost parțial finanțată de BMBF (proiectul nr. 03X0140) și SFB 917 al DFG.

Publicație originală:
Mișcare cationică la scară nano în sistemele memristive TaOx, HfOx și TiOx: Anja Wedig, Michael Luebben, Deok-Yong Cho, Marco Moors, Katharina Skaja, Vikas Rana, Tsuyoshi Hasegawa, Kiran K. Adepalli, Bilge Yildiz, Rainer Waser, Ilia Valov. Nature Nanotechnology (publicat la 28 septembrie 2015), DOI: 10.1038/nnano.2015.221.

Interfață modificată cu grafen Trecere de la VCM la moduri de comutare ECM în dispozitive memristive bazate pe Ta/TaOx: Michael Lübben, Panagiotis Karakolis, Vassilios Ioannou-Sougleridis, Pascal Normand, Panagiotis Dimitrakis, Ilia Valov. Advanced Materials (publicat pentru prima dată 10 septembrie 2015), DOI: 10.1002/adma.201502574.