Создан однополярный наномемристор на основе галогенидного перовскита

 Мемристоры используются в нейроморфных вычислениях, системах хранения данных и различных устройствах для обработки информации. Они потребляют меньше энергии, чем обычные кремниевые транзисторы. Эти элементы представляют интерес для современного научного сообщества благодаря своим преимуществам: быстрому времени считывания, быстрому времени записи/стирания, потенциально бесконечному времени хранения и способности хранить большой объём данных в компактном корпусе.

Эти особенности можно использовать не только для разработки более совершенных систем хранения информации, но и для применения мемристоров в обработке потоков данных. Поскольку обработка выполняется непосредственно в элементе памяти, это обеспечивает экономичные и энергоэффективные вычисления в режиме реального времени. Применение искусственного интеллекта выиграет от использования нейроморфных процессоров, в том числе на основе мемристоров. Эти системы позволят нейронным сетям обучаться локально, даже на смартфонах. Сегодня исследователи разрабатывают различные мемристорные системы, которые потенциально могут быть использованы для машинного зрения, акустико-речевых систем и даже в качестве биоинтерфейсов.

Выбор материала для полупроводника, а также контакта, размера и качества элемента определяют ключевые физические свойства и долговременную стабильность мемристора. Сегодня поликристаллические плёнки или микрочастицы перовскита на основе галогенида свинца можно считать новой золотой жилой с точки зрения производства различных полупроводниковых устройств:  солнечных батарей, фотодиодов, светодиодов, лазеров на органических светодиодах, сцинтилляторов, датчиков, а также хорошего полупроводника для мемристоров с генерацией нити накала и без неё.

Исследовательская группа профессора Макарова под руководством профессора Фурасовой из Университета ИТМО (Россия) и Харбинского инженерного университета (Китай) представила один из самых маленьких мемристоров на основе перовскитного полупроводника. Их мемристор основан на монокристаллическом нанокубе с химическим составом CsPbBr3, одном из самых химически стойких перовскитов на основе галогенидов свинца, помещённом между двумя химически инертными контактами: ITO и алмазом, легированным бором. Здесь исследователи проверили, как толщина куба влияет на резистивное переключение и энергопотребление. Они добились одного из самых низких значений энергопотребления, необходимого для переключения мемристивного состояния, — 70–80 нВт для монокристаллов перовскита толщиной 130–150 нм, что делает их мемристоры чрезвычайно энергоэффективными. Разница в силе тока между так называемыми состояниями «0» и «1» составляет более 10^5, что делает их пригодными для вычислений и считывания. Здесь исследователи использовали хорошо зарекомендовавшую себя модель дрейфовой диффузии для моделирования переноса носителей заряда в перовските, чтобы объяснить его мемристивное поведение. В отличие от традиционных подходов в классических полупроводниках, которые учитывают только электронные носители заряда, их модель включает два типа подвижных ионов — анионы и катионы, присутствующие в кристаллической решётке. Из-за относительно низкой подвижности по сравнению с электронами и дырками эти ионы со временем изменяют внутренний электрический потенциал полупроводника на основе перовскита.

Эта модуляция приводит к изменениям в силе тока в зависимости от скорости и направления изменения приложенного напряжения. Такой медленный ионный отклик приводит к эффекту памяти, при котором устройство сохраняет информацию об истории изменения приложенного потенциала. Эти результаты показывают, что эффект памяти возникает не только из-за перераспределения ионов; взаимодействие между подвижными ионами и контактами играет решающую роль, снижая высоту энергетического барьера и способствуя туннелированию электронных носителей заряда. Этот комбинированный ионно-межфазный механизм лежит в основе наблюдаемого эффекта памяти в устройстве.