Les scientifiques travaillent sur de nouveaux matériaux pour créer des ordinateurs neuromorphes, avec une conception basée sur le cerveau humain. Un composant vital est un appareil memristif, dont la résistance dépend de l’historique de l’appareil – tout comme la réponse de nos neurones dépend de l’entrée précédente. Des scientifiques des matériaux de l’Université de Groningen ont analysé le comportement de l’oxyde de titane de strontium, un matériau de plate-forme pour la recherche sur les memristors et ont utilisé le graphène de matériau 2D pour le sonder. Le 11 novembre 2020, les résultats ont été publiés dans la revue ACS Applied Materials and Interfaces.




Les ordinateurs sont des calculatrices géantes, pleines de commutateurs qui ont une valeur de ou 1. En utilisant un grand nombre de ces systèmes binaires, les ordinateurs peuvent effectuer des calculs très rapidement. Cependant, à d’autres égards, les ordinateurs ne sont pas très efficaces. Notre cerveau utilise moins d’énergie pour reconnaître les visages ou effectuer d’autres tâches complexes qu’un microprocesseur normal. C’est parce que notre cerveau est composé de neurones qui peuvent avoir de nombreuses valeurs autres que et 1 et que la sortie des neurones dépend de l’entrée précédente.

De nouvelles perspectives sur les dispositifs memristives en combinant des ferroélectriques naissants et du graphène

Offres d’emploi oxygène

Pour créer des memristors, des commutateurs avec une mémoire d’événements passés, l’oxyde de titane de strontium (STO) est souvent utilisé. Ce matériau est une pérovskite, dont la composition cristalline dépend de la température, et peut devenir un ferroélectrique naissant à basse température. Le comportement ferroélectrique est perdu au-dessus de 105 Kelvin. Les domaines et murs de domaines qui accompagnent ces transitions de period font l’objet de recherches actives. Pourtant, il n’est pas encore tout à fait clair pourquoi le matériau se comporte comme il le fait. « C’est une ligue à part », déclare Tamalika Banerjee, professeur de spintronique des matériaux fonctionnels à l’Institut Zernike pour les matériaux avancés de l’Université de Groningen.


Les atomes d’oxygène dans le cristal semblent être la clé de son comportement. « Les lacunes d’oxygène peuvent se déplacer à travers le cristal et ces défauts sont importants », explique Banerjee. « De as well as, des parois de domaine sont présentes dans le matériau et elles se déplacent lorsqu’une stress lui est appliquée. De nombreuses études ont cherché à savoir comment cela se produit, mais regarder à l’intérieur de ce matériau est compliqué. Cependant, l’équipe de Banerjee a réussi à utiliser un autre matériau qui est dans une ligue à component: le graphène, la feuille de carbone bidimensionnelle.

Conductivité

« Les propriétés du graphène sont définies par sa pureté », dit Banerjee, « tandis que les propriétés du STO proviennent d’imperfections dans la construction cristalline. Nous avons constaté que leur combinaison conduit à de nouvelles perspectives et possibilités. Une grande partie de ce travail a été réalisée par Si Chen, étudiante au doctorat de Banerjee. Elle a placé des bandes de graphène sur un flocon de STO et a mesuré la conductivité à différentes températures en balayant une pressure de grille entre les valeurs positives et négatives. « Lorsqu’il y a un excès d’électrons ou de trous positifs, créé par la pressure de grille, le graphène devient conducteur », explique Chen. « Mais au level où il y a de très petites quantités d’électrons et de trous, le stage de Dirac, la conductivité est limitée.

Dans des circonstances normales, la position de conductivité minimale ne change pas avec le sens de balayage de la tension de grille. Cependant, dans les bandes de graphène au-dessus de STO, il existe une grande séparation entre les positions de conductivité minimale pour le balayage vers l’avant et le balayage vers l’arrière. L’effet est très web à 4 Kelvin, mais moins prononcé à 105 Kelvin ou à 150 Kelvin. L’analyse des résultats, ainsi que les études théoriques menées à l’Université d’Uppsala, montrent que les lacunes en oxygène près de la area de la STO sont responsables.

Mémoire

Banerjee: « Les transitions de stage en dessous de 105 Kelvin étirent la framework cristalline, créant des dipôles. Nous montrons que les lacunes d’oxygène s’accumulent au niveau des parois du domaine et que ces parois offrent le canal pour le mouvement des lacunes d’oxygène. Ces canaux sont responsables du comportement memristive dans STO. L’accumulation de canaux de manque d’oxygène dans la framework cristalline de STO explique le déplacement de la situation de la conductivité minimale.

Chen a également mené une autre expérience: « Nous avons maintenu la rigidity de grille STO à -80 V et mesuré la résistance dans le graphène pendant près d’une demi-heure. Au cours de cette période, nous avons observé un changement de résistance, indiquant un passage du trou à la conductivité électronique. Cet effet est principalement causé par l’accumulation de lacunes d’oxygène à la area de la STO.

Dans l’ensemble, les expériences montrent que les propriétés du matériau combiné STO / graphène changent par le mouvement des électrons et des ions, chacun à des échelles de temps différentes. Banerjee: « En récoltant l’un ou l’autre, nous pouvons utiliser les différents temps de réponse pour créer des effets de mémoire, qui peuvent être comparés à des effets de mémoire à courtroom ou à extended terme. L’étude crée de nouvelles perspectives sur le comportement des memristors STO. « Et la combinaison avec le graphène ouvre une nouvelle voie vers des hétérostructures memristives combinant des matériaux ferroélectriques et des matériaux 2D.