Los científicos están trabajando en nuevos materiales para crear computadoras neuromórficas, con un diseño basado en el cerebro humano. Un componente crucial es un dispositivo memristivo, cuya resistencia depende de la historia del dispositivo, al igual que la respuesta de nuestras neuronas.depende de información previa. Los científicos de materiales de la Universidad de Groningen analizaron el comportamiento del óxido de estroncio y titanio, un material de plataforma para la investigación de memristor, y utilizaron el material 2D grafeno para probarlo. El 11 de noviembre de 2020, los resultados se publicaron en la revista Materiales e interfaces aplicados ACS .
Las computadoras son calculadoras gigantes, llenas de interruptores que tienen un valor de 0 o 1. Utilizando muchos de estos sistemas binarios, las computadoras pueden realizar cálculos muy rápidamente. Sin embargo, en otros aspectos, las computadoras no son muy eficientes. Nuestro cerebroutiliza menos energía para reconocer rostros o realizar otras tareas complejas que un microprocesador estándar. Eso se debe a que nuestro cerebro está formado por neuronas que pueden tener muchos valores distintos de 0 y 1 y a que la salida de las neuronas depende de la entrada previa.
vacantes de oxígeno
Para crear memristores, interruptores con memoria de eventos pasados, a menudo se usa óxido de estroncio y titanio STO. Este material es una perovskita, cuya estructura cristalina depende de la temperatura, y puede convertirse en un ferroeléctrico incipiente a bajas temperaturas. El comportamiento ferroeléctricose pierde por encima de 105 Kelvin. Los dominios y los muros de dominio que acompañan a estas transiciones de fase son objeto de una investigación activa. Sin embargo, todavía no está del todo claro por qué el material se comporta de la manera en que lo hace. "Está en una liga propia,', dice Tamalika Banerjee, profesora de espintrónica de materiales funcionales en el Instituto Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de Groningen.
Los átomos de oxígeno en el cristal parecen ser clave para su comportamiento. 'Las vacantes de oxígeno pueden moverse a través del cristal y estos defectos son importantes', dice Banerjee. 'Además, las paredes de dominio están presentes en el material y se mueven cuando un voltaje"Numerosos estudios han buscado averiguar cómo sucede esto, pero mirar dentro de este material es complicado. Sin embargo, el equipo de Banerjee logró utilizar otro material que está en una liga propia: el grafeno, el carbono bidimensionalsábana.
conductividad
'Las propiedades del grafeno se definen por su pureza', dice Banerjee, 'mientras que las propiedades de STO surgen de imperfecciones en la estructura cristalina. Descubrimos que combinarlas conduce a nuevos conocimientos y posibilidades'. Gran parte de este trabajo se llevó a cabopor la estudiante de doctorado de Banerjee, Si Chen. Colocó tiras de grafeno encima de un copo de STO y midió la conductividad a diferentes temperaturas barriendo un voltaje de puerta entre valores positivos y negativos. 'Cuando hay un exceso de electrones o de agujeros positivos, creado por el voltaje de la puerta, el grafeno se vuelve conductor ", explica Chen." Pero en el punto donde hay cantidades muy pequeñas de electrones y huecos, el punto de Dirac, la conductividad es limitada ".
En circunstancias normales, la posición de conductividad mínima no cambia con la dirección de barrido del voltaje de la puerta. Sin embargo, en las tiras de grafeno en la parte superior de STO, hay una gran separación entre las posiciones de conductividad mínima para el barrido hacia adelante y hacia atrásEl efecto es muy claro a 4 Kelvin, pero menos pronunciado a 105 Kelvin o 150 Kelvin. El análisis de los resultados, junto con los estudios teóricos llevados a cabo en la Universidad de Uppsala, muestra que las vacantes de oxígeno cerca de la superficie de la STO son las responsables.
memoria
Banerjee: 'Las transiciones de fase por debajo de 105 Kelvin estiran la estructura cristalina, creando dipolos. Mostramos que las vacantes de oxígeno se acumulan en las paredes del dominio y que estas paredes ofrecen el canal para el movimiento de las vacantes de oxígeno. Estos canales son responsables del comportamiento memristivoen STO. 'La acumulación de canales vacantes de oxígeno en la estructura cristalina de STO explica el cambio en la posición de la conductividad mínima.
Chen también llevó a cabo otro experimento: 'Mantuvimos el voltaje de la puerta STO en -80 V y medimos la resistencia en el grafeno durante casi media hora. En este período, observamos un cambio en la resistencia, lo que indica un cambio de agujero aconductividad electrónica. 'Este efecto es causado principalmente por la acumulación de vacantes de oxígeno en la superficie de STO.
En general, los experimentos muestran que las propiedades del material combinado de STO / grafeno cambian a través del movimiento de electrones e iones, cada uno en diferentes escalas de tiempo. Banerjee: 'Al recolectar uno u otro, podemos usar los diferentestiempos de respuesta para crear efectos memristivos, que se pueden comparar con efectos de memoria a corto o largo plazo. 'El estudio crea nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los memristores STO.' Y la combinación con grafeno abre un nuevo camino hacia la combinación de heteroestructuras memristivasmateriales ferroeléctricos y materiales 2D. '
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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