Российские ученые создали мемристор

В Тюменском государственном университете, в рамках проекта по моделированию нейронных сетей мозга, осуществляемых ТюмГУ и ООО «ТАСО», получен мемристор – четвертый фундаментальный компонент электроники, наряду с резистором, конденсатором и катушкой индуктивности.

Мемристор действует как сопротивление, значение которого изменяется в зависимости от проходящего через него тока. В результате снижения сопротивления мемристора связь между логическими элементами, в формировании которой участвует этот мемристор, становится более эффективной – происходит обучение. При повышении сопротивления мемристора происходит забывание или торможение. Прочитать записанную в мемристор информацию можно измерив его сопротивление. По своему действию мемристор подобен синапсу – соединению между нервными клетками мозга (нейронами).

Работа над мемристивной микросхемой в чистой комнате ТюмГУ, март 2012 г.

Существование мемристора предсказал в 1971 г. исследователь из университета в Беркли Леон Чуа, а на практике мемристор был впервые в мире получен в 2008 г. в корпорации Hewlett-Packard группой под руководством Р. Стэнли Уильямса.

Как отмечает проректор ТюмГУ по инновационному развитию и информационным технологиям, генеральный директор ООО «ТАСО» и руководитель проектов по созданию нейроморфных систем и моделированию нейронных сетей мозга Вадим Филиппов: «... Если раньше мы могли создавать лишь программные модели на базе мощных суперкомпьютеров, то с получением мемристоров у нас появляется возможность создавать самообучающиеся мемристивные микросхемы, которые будут встраиваться в программно-аппаратные комплексы, моделирующие кору мозга. Создание мемристоров скорее всего постепенно приведет к полному пересмотру и изменению всей архитектуры современных компьютеров, приблизив их к организации живых ассоциативных систем».

Мемристоры в ТюмГУ получены на основе диоксида титана (TiO2) – полупроводника, в чистом виде имеющего большое сопротивление. Однако если TiO2 легируется другими элементами, то эти легирующие примеси (например, ионы кислорода) в высоком электрическом поле могут дрейфовать в направлении электрического тока. Подача напряжения смещения через тонкую пленку диоксида титана заставляет примеси распространяться в объеме TiO2 и таким образом понижает его сопротивление. Подача тока в другом направлении перемещает примеси назад, увеличивая сопротивление TiO2. Мемристор может принимать не только два положения – 0 или 1, но и любые другие значения, работая в аналоговом режиме. Причем это делается на одном элементе, что позволяет уменьшить размеры мемристора до нескольких нанометров, а скорость срабатывания – до наносекунд.

Мемристоры были синтезированы с помощью приобретенной ТюмГУ модульной технологической платформы для формирования нанотехнологических комплексов с кластерной компоновкой «Нанофаб-100». Для получения мемристоров на подложку были нанесены поперечные проводящие дорожки, на которые был нанесен слой диоксида титана (TiO2) толщиной всего 15 нанометров. Поверх него были нанесены продольные проводящие дорожки. В местах пересечения дорожек получен выраженный мемристивный эффект снижения сопротивления и потенциации связи в зависимости от проведенного тока.

Принципиальное отличие мемристора от большинства типов современной полупроводниковой памяти и его главное преимущество перед ними заключаются в том, что он не хранит свои свойства в виде заряда. Мемристору не страшны утечки заряда при переходе на микросхемы нанометровых масштабов, и он полностью энергонезависим, а данные могут храниться в мемристоре до тех пор, пока существуют материалы, из которых он изготовлен. Мемристоры на сегодня являются единственным неживым материалом, приближающимся по своим функциям к синапсам живого мозга. Синаптические соединения могут быть смоделированы и на КМОП-транзисторах, но транзисторные схемы несравнимо больше, медленнее, сложнее, энергозатратнее и дороже, чем мемристивные.

По материалам ООО «ТАСО»

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.