In de race om een ​​computer te bouwen die de enorme rekenkracht van het menselijk brein nabootst, onderzoekers wenden zich steeds meer tot memristors, die hun elektrische weerstand kunnen variëren op basis van de herinnering aan activiteiten in het verleden. Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben nu de lang-mysterieuze innerlijke werking van deze halfgeleiderelementen onthuld, die kan fungeren als het kortetermijngeheugen van zenuwcellen.

Net zoals het vermogen van de ene zenuwcel om een ​​andere te signaleren afhangt van hoe vaak de cellen in het recente verleden hebben gecommuniceerd, de weerstand van een memristor hangt af van de hoeveelheid stroom die er recentelijk doorheen is gegaan. Bovendien, een memristor behoudt dat geheugen, zelfs als de stroom is uitgeschakeld.

Maar ondanks de grote belangstelling voor memristors, wetenschappers hebben geen gedetailleerd begrip van hoe deze apparaten werken en moeten nog een standaard toolset ontwikkelen om ze te bestuderen.

Nutsvoorzieningen, NIST-wetenschappers hebben een dergelijke toolset geïdentificeerd en gebruikt om dieper te onderzoeken hoe memristors werken. Hun bevindingen kunnen leiden tot een efficiëntere werking van de apparaten en suggereren manieren om de lekkage van stroom te minimaliseren.

Brian Hoskins van NIST en de Universiteit van Californië, Santa Barbara, samen met NIST-wetenschappers Nikolai Zhitenev, Andrej Kolmakov, Jabez McClelland en hun collega's van het NanoCenter van de University of Maryland in College Park en het Institute for Research and Development in Microtechnologies in Boekarest, rapporteerde de bevindingen in een recente Natuurcommunicatie .

Om de elektrische functie van memristors te onderzoeken, het team richtte een strak gefocuste elektronenstraal op verschillende locaties op een titaniumdioxide-memristor. De straal sloeg een deel van de elektronen van het apparaat los, die ultrascherpe beelden van die locaties vormden. De straal zorgde er ook voor dat er vier verschillende stromen in het apparaat vloeiden. Het team heeft vastgesteld dat de stromen verband houden met de meerdere interfaces tussen materialen in de memristor, die bestaat uit twee metalen (geleidende) lagen gescheiden door een isolator.

"We weten precies waar elk van de stromen vandaan komt, omdat we de locatie controleren van de straal die die stromen induceert, ' zei Hoskins.

Bij het in beeld brengen van het apparaat, het team vond verschillende donkere vlekken - gebieden met verbeterde geleidbaarheid - die wijzen op plaatsen waar stroom uit de memristor zou kunnen lekken tijdens de normale werking. Deze lekwegen bevonden zich buiten de kern van de memristor, waar het schakelt tussen de lage en hoge weerstandsniveaus die nuttig zijn in een elektronisch apparaat. De bevinding suggereert dat het verminderen van de grootte van een memristor enkele van de ongewenste stroompaden zou kunnen minimaliseren of zelfs elimineren. Hoewel onderzoekers vermoedden dat dit het geval zou kunnen zijn, ze hadden geen experimentele begeleiding over hoeveel ze de grootte van het apparaat moesten verkleinen.

Omdat de lekkagepaden klein zijn, met afstanden van slechts 100 tot 300 nanometer, "Je zult waarschijnlijk pas echt grote verbeteringen zien als je de afmetingen van de memristor op die schaal verkleint, ' zei Hoskins.

Tot hun verbazing, het team ontdekte ook dat de stroom die correleerde met de weerstand van de memristor helemaal niet afkomstig was van het actieve schakelmateriaal, maar de metalen laag erboven. De belangrijkste les van de memristorstudie, Hoskins merkte op, "is dat je je niet alleen zorgen kunt maken over de resistieve schakelaar, de schakelplek zelf, je moet je zorgen maken over alles eromheen." De studie van het team, hij voegde toe, "is een manier om een ​​veel sterkere intuïtie te genereren over wat een goede manier zou kunnen zijn om memristors te ontwikkelen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.