Resistive geheugencellen of kortweg ReRAM's worden beschouwd als de nieuwe superinformatieopslagoplossing van de toekomst. Momenteel, twee basisconcepten worden nagestreefd, die, tot nu toe, werden geassocieerd met verschillende soorten actieve ionen. Maar dit is niet helemaal correct, als Jülich-onderzoekers die samenwerken met hun Koreaans, Japanse en Amerikaanse collega's waren verrast om te ontdekken. In valentieveranderingsgeheugen (VCM) cellen, niet alleen zijn negatief geladen zuurstofionen actief, maar - vergelijkbaar met elektrochemische metallisatiegeheugen (ECM) -cellen - zijn dat ook positief geladen metaalionen. Het effect maakt het mogelijk om schakelkarakteristieken naar wens aan te passen en maakt het mogelijk om heen en weer te gaan van het ene concept naar het andere, zoals gerapporteerd door de onderzoekers in de tijdschriften Natuur Nanotechnologie en Geavanceerde materialen .

ReRAM-cellen hebben een unieke eigenschap:hun elektrische weerstand kan worden gewijzigd door een elektrische spanning aan te leggen. De cellen gedragen zich als een magnetisch materiaal dat gemagnetiseerd en weer gedemagnetiseerd kan worden. Met andere woorden, ze hebben een AAN- en een UIT-status. Hierdoor kan digitale informatie worden opgeslagen, d.w.z. informatie die onderscheid maakt tussen "1" en "0". De belangrijkste voordelen van ReRAM's zijn dat ze snel kunnen worden geschakeld, verbruiken weinig energie, en behouden hun staat zelfs na lange tijd zonder externe spanning.

Het memristieve gedrag van ReRAM's relais op mobiele ionen. Deze ionen bewegen op dezelfde manier als in een batterij, heen en weer stromen tussen twee elektroden in een metaaloxidelaag van niet meer dan enkele nanometers dik. Voor een lange tijd, onderzoekers waren van mening dat VCM's en ECM's heel anders functioneerden. In ECM's, de AAN- en UIT-toestanden worden bereikt wanneer metaalionen bewegen en snorhaarachtige filamenten vormen. Dit gebeurt wanneer een elektrische spanning wordt toegepast, waardoor dergelijke filamenten tussen de twee elektroden van de cel groeien. De cel is praktisch kortgesloten en de weerstand neemt abrupt af. Wanneer het proces zorgvuldig wordt gecontroleerd, informatie kan worden opgeslagen. Het schakelgedrag van VCM's, in tegenstelling tot, werden voornamelijk geassocieerd met de verplaatsing van zuurstofionen. In tegenstelling tot metaalionen, ze zijn negatief geladen. Wanneer er een spanning wordt aangelegd, de ionen bewegen uit een zuurstofhoudende metaalverbinding. Het materiaal wordt abrupt meer geleidend. Ook in dit geval het proces moet zorgvuldiger worden gecontroleerd.

Jülich-onderzoekers werken samen met hun partners van de Chonbuk National University, Jeonju, het National Institute for Materials Science in Tsukuba en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston ontdekten een onverwacht tweede schakelproces in VCM's:metaalionen helpen ook om filamenten in VCM's te vormen. Het proces werd zichtbaar gemaakt doordat de wetenschappers de beweging van de zuurstofionen onderdrukten. Om dit te doen, ze wijzigden het oppervlak door een dunne koolstoflaag direct op het grensvlak van het elektrodemateriaal met het vaste elektrolyt aan te brengen. In een geval, ze gebruikten het "wondermateriaal" grafeen, die slechts uit één enkele laag koolstof bestaat. "Grafeen werd gebruikt om het transport van zuurstofionen door de fasegrens te onderdrukken en de zuurstofreacties te vertragen. Plotseling, we hebben een schakelkarakteristiek waargenomen die vergelijkbaar is met die van een ECM-cel en nemen daarom aan dat vrije metaalionen ook actief zijn in VCM's. Dit werd bovendien geverifieerd met behulp van scanning tunneling microscopie (STM) en diffusie-experimenten. Het blijkt dat de metaalionen het schakelproces extra ondersteunen, " zegt dr. Ilia Valov, elektrochemicus bij Jülich's Peter Grünberg Instituut (BGA-7).

Het opnemen van een dergelijke koolstoftussenlaag zou het mogelijk maken om in VCM's van het ene schakelproces naar het andere te springen. Dit zou leiden tot nieuwe opties voor het ontwerpen van ReRAM's. "Afhankelijk van de toepassing, our findings could be exploited and the effect purposely enhanced or intentionally suppressed, " says Valov. The scientists' findings give rise to several questions. "Existing models and studies will have to be reworked and adapted on the basis of these findings, " says the Jülich scientist. Further tests will clarify how such novel components behave in practice.