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

В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья

Более дешевые металлогидридные накопители водо...

Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати

Новый метод производства цифрового света для&n...

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...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
Ученые выяснили, как защитить томаты от надвигающейся жары
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
EMBO: Открыта связь между генной мутацией и митохондриальными заболеваниями
EMBO: Открыта связь между генной мутацией и митохондриальными заболеваниями
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
Эксперт ТИСБИ дал оценку готовности Татарстана к переходу на водород
Эксперт ТИСБИ дал оценку готовности Татарстана к переходу на водород
В Челябинске разрабатывают инновационное оборудование для вибрационных испытаний
В Челябинске разрабатывают инновационное оборудование для вибрационных испытаний
В ТПУ открыт экологичный способ получения катализаторов для очистки газов
В ТПУ открыт экологичный способ получения катализаторов для очистки газов
NPJ Microgravity: Микрогравитация усиливает способность клеток регенерировать
NPJ Microgravity: Микрогравитация усиливает способность клеток регенерировать

Новости компаний, релизы

На старт! Внимание! MITEX!
Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
Правительство Республики Казахстан пригласило МИФИ войти в совет по стратегическому партнерству в науке и образовании