Использование протонов приведет к созданию нейроморфных чипов

Подход, основанный на использовании протонов и обеспечивающий множественные фазовые переходы в сегнетоэлектрических материалах, может помочь в разработке высокопроизводительных устройств памяти, таких как вычислительные чипы, вдохновленные мозгом, или нейроморфные чипы.

Ферроэлектрики, такие как селенид индия, являются внутренне поляризованными материалами, которые меняют полярность при помещении в электрическое поле, что делает их привлекательными для создания технологий памяти. Получаемые устройства памяти не только требуют низких рабочих напряжений, но и демонстрируют отличные показатели максимальной долговечности и скорости чтения/записи, однако их емкость памяти невелика.

Это объясняется тем, что существующие методы позволяют вызвать лишь несколько ферроэлектрических фаз, а их захват является экспериментально сложной задачей, — говорит Синь Хэ, соруководитель исследования под руководством Фэй Сюэ и Сисяна Чжана.

Разработанный группой метод основан на протонировании селенида индия и позволяет генерировать множество ферроэлектрических фаз. Исследователи включили ферроэлектрический материал в транзистор, состоящий из гетероструктуры с кремниевой опорой.

Многослойная пленка селенида индия была нанесена на гетероструктуру, состоящую из изолирующего листа оксида алюминия, зажатого между слоем платины снизу и пористым кварцем сверху. В то время как платиновый слой служил электродами для приложенного напряжения, пористый кварц выступал в роли электролита и подавал протоны на ферроэлектрическую пленку.

Исследователи постепенно вводили и выводили протоны из ферроэлектрической пленки, изменяя приложенное напряжение. Это позволило обратимо получить несколько ферроэлектрических фаз с различной степенью протонирования, что очень важно для реализации многоуровневых устройств памяти с большой емкостью.

Более высокие положительные напряжения усиливали протонирование, в то время как отрицательные напряжения большей амплитуды в большей степени истощали протонирование.

Уровень протонирования также изменялся в зависимости от близости слоя пленки к кремнию. Они достигали максимальных значений в нижнем слое, контактирующем с кремнеземом, и поэтапно снижались, достигая минимальных значений в верхнем слое.

Неожиданно оказалось, что при выключении напряжения протон-индуцированные ферроэлектрические фазы возвращались в исходное состояние. Мы наблюдали это необычное явление потому, что протоны диффундировали из материала в кремнезем, — объясняет Сюэ.

Изготовив пленку с гладкой и непрерывной границей раздела с кремнием, специалисты получили устройство с высокой эффективностью инжекции протонов, работающее при напряжении ниже 0,4 вольта, что является ключевым фактором для разработки маломощных устройств памяти.

Самой сложной задачей для нас было снижение рабочего напряжения, но мы поняли, что эффективность инжекции протонов через интерфейс определяет рабочее напряжение и может быть соответствующим образом настроена.

Мы намерены разработать ферроэлектрические нейроморфные вычислительные чипы, которые будут потреблять меньше энергии и работать быстрее, — заключает Сюэ.

Результаты опубликованы в издании Science Advances.

17.07.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония
Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония

Физики из Китая выяснили, что период...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии