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浴日光能鈣鈦礦
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新型鈣鈦礦基憶阻器可承受 1,500 多次重寫(xiě)周期
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圣彼得堡國(guó)立信息技術(shù)機(jī)械與光學(xué)大學(xué)（ITMO University）、俄羅斯科學(xué)院約費(fèi)物理技術(shù)研究院（Ioffe Institute of Physics and Technology）和哈爾濱工程大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種穩(wěn)定的鈣鈦礦納米憶阻器，可以承受1500多次重寫(xiě)循環(huán)，并且在數(shù)月后不會(huì)降解。此外，研究人員還實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的尺寸和能耗值—70-80 納米鈣鈦礦單晶為 130-160 納瓦。 這一成就可以為超緊湊憶阻器鋪平道路，并為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算提供更快、更節(jié)能的超緊湊處理器。 直到 2008 年，隨著超純半導(dǎo)體材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，憶阻器的實(shí)際實(shí)施才成為可能。憶阻器根據(jù)流過(guò)它的電流的大小和方向改變其電阻，它可用于存儲(chǔ)信息或節(jié)能地處理信息，因?yàn)樗鼈儽葌鹘y(tǒng)硅晶體管消耗更少的能量。這些特性可用于創(chuàng)建節(jié)能的信息存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)，包括神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、人工智能系統(tǒng)中的信號(hào)處理、機(jī)器視覺(jué)、聲學(xué)語(yǔ)音系統(tǒng)和生物界面。 鈣鈦礦是創(chuàng)造新型微電子學(xué)（包括憶阻器）的有前途的材料。然而，鈣鈦礦憶阻器由于其不穩(wěn)定性而仍然不適合實(shí)際應(yīng)用。問(wèn)題出在材料本身的結(jié)構(gòu)上：許多科學(xué)家使用的多晶鈣鈦礦薄膜在微晶之間有邊界。不僅水分和氧氣穿透這些邊界，導(dǎo)致鈣鈦礦發(fā)生化學(xué)降解，而且金屬離子也會(huì)從電極中不受控制地遷移，這導(dǎo)致憶阻器在相同電壓下不可替代的切換。 該團(tuán)隊(duì)首次提出了一種鈣鈦礦憶阻器，該憶阻器可以承受 1,500 多次重寫(xiě)循環(huán)，并且在室內(nèi)運(yùn)行數(shù)月后不會(huì)降解。通過(guò)使用歐姆惰性觸點(diǎn)和由鉛溴化銫 （CsPbBr3）作為半導(dǎo)體。它是基于鹵化鉛的耐化學(xué)性最強(qiáng)的鈣鈦礦之一。納米立方體的單晶結(jié)構(gòu)也保證了元素電化學(xué)性質(zhì)在循環(huán)之間穩(wěn)定。鈣鈦礦單立方體本身位于氧化銦錫和摻硼金剛石之間。這些是化學(xué)惰性電極，也保證了憶阻器開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性。 同時(shí)，研究人員設(shè)法實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦憶阻器的最低能耗值和尺寸之一---對(duì)于 130-160 納米的單晶，70-80 納瓦。其他類(lèi)似的鈣鈦礦器件需要 200 到 35,000 納瓦，這些參數(shù)使開(kāi)發(fā)非常緊湊和節(jié)能。憶阻器也在不到一毫秒的時(shí)間內(nèi)切換，電流幅度相差約4-5個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得該器件的信號(hào)處理方便快捷。 我們對(duì)納米晶體內(nèi)電荷的行為進(jìn)行了建模，并發(fā)現(xiàn)正是它們?cè)诮缑嫔系姆e累導(dǎo)致了憶阻效應(yīng)。事實(shí)上，這種電荷的積累會(huì)產(chǎn)生偶極矩，從而改變鈣鈦礦接觸區(qū)域的能壘。正是這種現(xiàn)象允許憶阻器切換電阻，”該研究的作者、New ITMO 物理與技術(shù)研究所的高級(jí)研究員解釋。 該開(kāi)發(fā)可以為人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)提供更快、更節(jié)能的超緊湊型神經(jīng)形態(tài)處理器。此外，這種單個(gè)憶阻器可以輕松組裝成可擴(kuò)展電路（交叉條），用于單個(gè)半導(dǎo)體的邏輯和開(kāi)關(guān)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。未來(lái)，科學(xué)家們計(jì)劃在一系列單晶鈣鈦礦納米立方體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并測(cè)試其他材料作為半導(dǎo)體。 |
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