Memristors zijn een nieuwe klasse van elektrische circuits - en ze zouden het siliciumtijdperk kunnen beëindigen en de elektronica voor altijd kunnen veranderen. Sinds HP in 2008 voor het eerst een werkend prototype met een titaniumdioxidefilm ontwikkelde, ingenieurs hebben geprobeerd het model te perfectioneren.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Michigan Technological University hebben een ideale memristor gemaakt op basis van molybdeendisulfide nanosheets. Yun Hang Hu, de Charles en Carroll McArthur hoogleraar Materials Science and Engineering, leidde het onderzoek, die werd gepubliceerd in Nano-letters deze januari.

Voorbij binaire code

Transistoren op basis van silicium, wat het hoofdbestanddeel is van computerchips, werken met een stroom van elektronen. Als de stroom van elektronen in een transistor wordt onderbroken, alle informatie gaat verloren. Echter, memristors zijn elektrische apparaten met geheugen; hun weerstand is afhankelijk van de dynamische evolutie van interne toestandsvariabelen. Met andere woorden, memristors kunnen de hoeveelheid lading onthouden die door het materiaal stroomde en de gegevens behouden, zelfs als de stroom is uitgeschakeld.

"Memristors kunnen worden gebruikt om supersnelle geheugenchips te maken met meer data en minder energieverbruik", zegt Hu.

Aanvullend, een transistor wordt beperkt door binaire codes - alle enen en nullen die het internet runnen, Candy Crush-spellen, Fitbits en thuiscomputers. In tegenstelling tot, memristors werken op dezelfde manier als een menselijk brein met behulp van meerdere niveaus, eigenlijk elk getal tussen nul en één. Memristors zullen leiden tot een revolutie voor computers en een kans bieden om mensachtige kunstmatige intelligentie te creëren.

"Anders dan een elektrische weerstand die een vaste weerstand heeft, een memristor heeft een spanningsafhankelijke weerstand." legt Hu uit, eraan toevoegend dat de elektrische eigenschappen van een materiaal van cruciaal belang zijn. "Een memristormateriaal moet een weerstand hebben die omkeerbaar kan veranderen met spanning."

Uit zijn onderzoek bleek dat molybdeendisulfide nanosheets veelbelovend zijn voor memristors. Het succes van het materiaal komt neer op het ontwerpen van atomaire structuren.

Een ideale memristor is symmetrisch. De relatie tussen stroom en spanning is even, afgerond en gelijk in beide kwadranten. In werkelijkheid, memristors vertonen meestal scheve stroom-spanningskarakteristieken. Echter, Hu's molybdeendisulfide memristor vertoont de ideale symmetrie. Dit maakt het materiaal voorspelbaarder en consistenter omdat het is ontwikkeld voor gebruik in elektronica.

Om deze symmetrie te krijgen, Hu en zijn onderzoeksteam begonnen met bulkmolybdeendisulfide, ook bekend als het mineraal molybdeniet dat als industrieel smeermiddel werd gebruikt. Ze manipuleerden toen de atomaire, structurele regelingen, verschillende kristalfasen genoemd. Het bulkmateriaal met een 2H-fase werkt goed als een gewone weerstand, en om er een memristor van te maken, het team pelde de moleculaire lagen terug. Dit exfoliatieproces creëert molybdeendisulfide nanosheets met 1T-fase. De nanosheets met 1T-fase vertonen een omkeerbare verandering in weerstand ten opzichte van spanning - noodzakelijk voor een memristor. De onderzoekers verspreidden uiteindelijk nanosheets aan de twee zijden van een zilverfolie om een ​​symmetrische memristor te vormen.

"Dit materiaal bevindt zich nog in de beginfase voor deze toepassing, "Hu zegt, eraan toevoegend dat nieuwe materialen en betere memristors de manier waarop computers worden gebouwd radicaal kunnen veranderen. Het begint met kleinere en snellere computerchips, maar dan gebaart hij zijn kantoor rond. "Deze memristormaterialen zullen zeer veelzijdig zijn, en ooit, dit whiteboard en dat koffiekopje zouden computers kunnen zijn."

En het hebben van een symmetrisch memristormateriaal brengt ons dichter bij die dag.