Ученые МФТИ совершили революционный шаг, доказав, что долговечность мемристоров – искусственных аналогов нейронов – можно увеличить на несколько порядков. Ключом к успеху стало применение рутения при производстве и целенаправленное увеличение дефектов и шероховатостей на поверхности его электродов.
Суть открытия Андрея Маркеева
"Результаты нашей работы дают четкое понимание, как кардинально улучшить рутениевые ячейки памяти новой генерации, – поделился оптимизмом Андрей Маркеев, руководитель группы атомно-слоевого осаждения МФТИ. – Увеличение толщины пленки усиливает шероховатость электрода, концентрируя электрическое поле на склонах зерен. Это радикально улучшает ключевые показатели мемристоров, открывая дорогу к созданию памяти беспрецедентной производительности и надежности".
Человеческий мозг как эталон
Традиционные компьютеры опираются на дискретную логику, оперируя лишь нулями и единицами. Однако мозг человека демонстрирует принципиально иную архитектуру: нейроны одновременно хранят и обрабатывают информацию, легко воспринимая множество аналоговых сигналов и динамически меняя свою чувствительность.
Мемристоры: искусственные синапсы
Физики стремятся повторить эту эффективную модель, создавая мемристоры – резисторы с памятью. Их уникальность в том, что сопротивление зависит от предыдущего тока, наделяя устройство свойствами, близкими к нервным окончаниям.
Вызов долговечности и решение
Главной преградой для мемристоров, как подчеркивает группа Маркеева, была низкая долговечность – устройства выдерживали лишь сотни циклов записи. Альтернатива из платины проблематична из-за несовместимости с современными микросхемными технологиями.
Перспективное решение от специалистов МФТИ – замена платины на рутений из той же группы металлов, но лишенный ограничений по совместимости. Технология атомно-слоевого осаждения идеально подходит для создания рутениевых электродов нужных форм и размеров.
Эксперимент и впечатляющие результаты
В сотрудничестве с партнерами российские физики вырастили на пленке нитрида титана рутениевые электроды разной толщины. Соединив их с окисью таллия исследователи обнаружили парадоксальный эффект: увеличение толщины и сопутствующее появление дефектов поверхности *улучшало* работу мемристора.
Такие инженерные решения привели к прорыву: результирующие устройства выдерживают десятки миллионов циклов записи/чтения, значительно превосходя платиновые и тонкие рутениевые аналоги. Оптимизированные мемристоры требуют меньшего напряжения переключения и демонстрируют улучшенные физические параметры.
Теория, подтвержденная практикой
Объяснение феномену нашли в расчетах: ключевая роль принадлежит локализации электрического поля на крупных рутениевых зернах, образующихся на утолщенных пленках. Использование проводящей атомно-силовой микроскопии наглядно подтвердило эту теорию.
Светлое будущее нейроморфных технологий
Открытие в МФТИ сулит здоровый динамичный прорыв для мемристорной электроники. Ученые уверены: устройства на базе таких улучшенных компонентов станут основой компьютеров нового поколения уже в обозримом будущем, привнеся эру нейроморфных вычислений и создавая радужные перспективы для технологий.
