Ученые создали перовскитный мемристор, выдерживающий более 1500 циклов перезаписи

Ученые ИТМО, ФТИ Иоффе и Харбинского инженерного университета впервые предложили перовскитный мемристор, который способен выдержать более 1500 циклов перезаписи и при этом не деградирует спустя несколько месяцев работы в комнатных условиях. Надежность и долговечность элемента гарантирует использование омических инертных контактов и в качестве полупроводника монокристаллических нанокубов из цезий бромида свинца (CsPbBr3). Это один из самых химически стойких перовскитов на основе галогенида свинца. Также монокристаллическая структура нанокуба обеспечивает стабилизацию электрохимических свойств элементов от цикла к циклу. Сам монокуб перовскита располагается между оксидом индия олова и алмазом, легированным бором. Это химически инертные электроды, которые также обеспечивают устойчивость переключения мемристора.

При этом исследователям удалось достичь одних из самых низких значений энергопотребления и размера перовскитного мемристора — 70–80 нановатт для монокристалла размером 130–160 нанометров. Другие подобные перовскитные устройства тратят от 200 до 35 тысяч нановатт. Эти параметры делают разработку очень компактной и энергоэффективной. Также мемристор переключается менее чем за одну миллисекунду, а разница в амплитуде тока составляет около 4–5 порядков, что делает устройство удобным и быстрым для обработки сигнала.

«Мы смоделировали поведение зарядов внутри нанокристалла и увидели, что именно их накопление у границы с контактом приводит к эффекту мемристивности. По сути это скопление зарядов создает дипольный момент, который меняет энергетический барьер в области перовскит-контакт. Именно это явление и позволяет мемристору переключать сопротивление», — объяснила автор исследования, старший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Александра Фурасова.

Разработка позволит сделать более быстрые и энергоэффективные ультракомпактные нейроморфные процессоры для задач искусственного интеллекта и машинного обучения. Кроме того, такие одиночные мемристоры можно легко собирать в масштабируемые схемы (кроссбары) для практической реализации логики и коммутации отдельных полупроводников. В дальнейшем ученые планируют провести эксперименты на массиве монокристаллических нанокубов перовскита и протестировать другие материалы в качестве полупроводников.