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浴日光能鈣鈦礦
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[交流]
新型鈣鈦礦基憶阻器可承受 1,500 多次重寫周期
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圣彼得堡國立信息技術(shù)機械與光學大學（ITMO University）、俄羅斯科學院約費物理技術(shù)研究院（Ioffe Institute of Physics and Technology）和哈爾濱工程大學的研究人員開發(fā)了一種穩(wěn)定的鈣鈦礦納米憶阻器，可以承受1500多次重寫循環(huán)，并且在數(shù)月后不會降解。此外，研究人員還實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的尺寸和能耗值—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，憶阻器的實際實施才成為可能。憶阻器根據(jù)流過它的電流的大小和方向改變其電阻，它可用于存儲信息或節(jié)能地處理信息，因為它們比傳統(tǒng)硅晶體管消耗更少的能量。這些特性可用于創(chuàng)建節(jié)能的信息存儲和處理系統(tǒng)，包括神經(jīng)形態(tài)計算、人工智能系統(tǒng)中的信號處理、機器視覺、聲學語音系統(tǒng)和生物界面。 鈣鈦礦是創(chuàng)造新型微電子學（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際應(yīng)用。問題出在材料本身的結(jié)構(gòu)上：許多科學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)生化學降解，而且金屬離子也會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。 該團隊首次提出了一種鈣鈦礦憶阻器，該憶阻器可以承受 1,500 多次重寫循環(huán)，并且在室內(nèi)運行數(shù)月后不會降解。通過使用歐姆惰性觸點和由鉛溴化銫 （CsPbBr3）作為半導(dǎo)體。它是基于鹵化鉛的耐化學性最強的鈣鈦礦之一。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。這些是化學惰性電極，也保證了憶阻器開關(guān)的穩(wěn)定性。 同時，研究人員設(shè)法實現(xiàn)了鈣鈦礦憶阻器的最低能耗值和尺寸之一---對于 130-160 納米的單晶，70-80 納瓦。其他類似的鈣鈦礦器件需要 200 到 35,000 納瓦，這些參數(shù)使開發(fā)非常緊湊和節(jié)能。憶阻器也在不到一毫秒的時間內(nèi)切換，電流幅度相差約4-5個數(shù)量級，這使得該器件的信號處理方便快捷。 我們對納米晶體內(nèi)電荷的行為進行了建模，并發(fā)現(xiàn)正是它們在界面上的積累導(dǎo)致了憶阻效應(yīng)。事實上，這種電荷的積累會產(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)研究所的高級研究員解釋。 該開發(fā)可以為人工智能和機器學習任務(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，這種單個憶阻器可以輕松組裝成可擴展電路（交叉條），用于單個半導(dǎo)體的邏輯和開關(guān)的實際實現(xiàn)。未來，科學家們計劃在一系列單晶鈣鈦礦納米立方體上進行實驗，并測試其他材料作為半導(dǎo)體。 |
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