Специалисты Университета ИТМО и Харбинского инженерного университета создали стабильный наномемристор на основе перовскита, выдерживающий свыше 1500 циклов перезаписи без деградации в течение многих месяцев. Разработка отличается рекордными показателями: энергопотребление всего 70–80 нановатт при размере монокристалла 130–160 нанометров. Энергоэффективная инновация открывает путь к созданию ультракомпактных, сверхбыстрых процессоров нового поколения для нейроморфных вычислений. Проект выполнен при поддержке РНФ и программы "Приоритет 2030".
Мемристоры: от теории к энергоэффективной реальности
Долгое время мемристоры существовали только в научных работах. Их реализация на практике стала возможной лишь в 2008 году с прорывами в области чистых полупроводников. Эти устройства меняют сопротивление в зависимости от силы и направления протекающего тока, что делает их идеальными для экономичного хранения и обработки данных, превосходя по этим параметрам традиционные кремниевые транзисторы. Их уникальные свойства обещают революцию в энергоэффективных системах ИИ, машинного зрения, обработки звука и работе с биоинтерфейсами.
Перовскиты: огромный потенциал и вызовы надежности
Перспективными материалами для микроэлектроники, включая мемристоры, являются перовскиты. Однако их нестабильность до сих пор препятствовала массовому применению. Главная проблема – структура. Распространенные поликристаллические пленки имеют дефектные границы между кристаллами. Через них проникают влага и кислород, вызывая разрушение материала, а также происходит нежелательная миграция ионов с электродов. Это приводит к хаотичному изменению состояния устройства даже при одинаковых условиях.
Революционное решение: стабильность и долговечность
Международный коллектив исследователей (ИТМО, ФТИ Иоффе, Харбинский университет) представил перовскитный мемристор, преодолевающий прежние ограничения. Устройство сохраняет работоспособность после 1500+ циклов и не теряет свойства спустя месяцы работы. Ключ к надежности – применение химически стойких монокристаллических нанокубков из цезий-свинцового бромида (CsPbBr3) и омических инертных контактов. Кристалл размещен между слоями из оксида индия-олова и бор-легированного алмаза, что совместно исключает деградацию и гарантирует стабильное переключение.
Превосходство в миниатюрности и эффективности
Разработанный мемристор установил новые рекорды компактности и энергоэффективности. Потребление энергии всего 70–80 нВт при размерах кристалла 130-160 нм значительно ниже аналогов (от 200 нВт до 35 мкВт). Переключение состояния происходит быстрее миллисекунды, а огромная разница в амплитуде тока (4-5 порядков) обеспечивает превосходную скорость и надежность обработки сигналов.
Механизм рекордной работы
Ученые выявили уникальный принцип действия устройства. "Мы смоделировали поведение зарядов в нанокристалле и установили: их накопление на контакте формирует дипольный момент. Именно он меняет энергетический барьер и позволяет мемристору переключать сопротивление с высокой точностью", — пояснили авторы открытия механизм мемристивности.
Перспективы нейроморфных систем и будущие шаги
Этот прорыв создает основу для быстрых, компактных и чрезвычайно экономичных нейроморфных процессоров для ИИ и машинного обучения. Отдельные мемристоры легко масштабируются в сложные схемы (кроссбары) для реализации логики и коммутации. В планах коллектива – испытания массивов нанокубов и поиск новых перспективных полупроводниковых материалов.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030» и грантом РНФ №24-62-00022.
Источник: indicator.ru
