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通过结合初始铁电体和石墨烯对忆阻器的新见解

导读科学家们正在研究新材料,根据人脑的设计制造神经形态计算机。忆阻器是一个至关重要的组件,它的忆阻器依赖于设备的历史,就像神经元的响应

科学家们正在研究新材料,根据人脑的设计制造神经形态计算机。忆阻器是一个至关重要的组件,它的忆阻器依赖于设备的历史,就像神经元的响应依赖于之前的输入一样。格罗宁根大学的材料科学家分析了忆阻器研究的平台材料锶钛氧化物的性质,并使用二维材料石墨烯对其进行检测。2020年11月11日,研究结果发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。

基于0或1值开关的计算机。有了许多这样的二进制系统,计算机可以非常快速地进行计算。然而,在其他方面,计算机的效率并不是很高。与标准微处理器相比,大脑在识别人脸或执行其他复杂任务时消耗的能量更少。那是因为大脑是由神经元组成的,神经元可以有除了0和1之外的很多值,还因为神经元的输出依赖于之前的输入。

氧空位

为了制造忆阻器,具有过去事件记忆的开关通常使用钛酸锶(STO)。这种材料是钙钛矿,其晶体结构取决于温度,在低温下可以成为初始铁电体。铁电行为在105开尔文温度以上消失。伴随这些相变的畴和畴壁是积极研究的主题。然而,目前还不清楚为什么材料会显示这种行为。泽尼克先进材料研究所功能材料自旋电子学教授塔马利卡班纳吉说:“这是一个独立的联盟。”

晶体中的氧原子似乎是其行为的关键。班纳吉说:“氧空位可以穿过晶体,而这些缺陷非常重要。”"此外,畴壁存在于材料中,当施加电压时,它们移动."许多研究试图找出这是如何发生的,但是要深入了解这些材料是很复杂的。然而,班纳吉的团队成功地在其联盟中使用了另一种材料:石墨烯(二维碳板)。

电导率

班纳吉说:“石墨烯的性质由纯度决定,而STO的性质来自晶体结构的缺陷。我们发现,将它们结合起来会带来新的见解和可能性。”大部分工作是由班纳吉博士完成的。学生思考早晨。她将石墨烯条放在STO片的顶部,通过扫描正负之间的栅极电压来测量不同温度下的电导率。陈解释说:“当栅极电压产生太多电子或空穴时,石墨烯就会导电。”“但是在电子和空穴数量非常少的点上,狄拉克点的电导率是有限的。”

在正常情况下,最小导电率的位置不会随着栅极电压的扫描方向而改变。然而,在STO顶部的石墨烯带中,正向扫描和反向扫描的最小电导率位置之间有很大的距离。效应在4开尔文时非常明显,但在105 K或150 K时不明显。乌普萨拉大学的结果分析和理论研究表明,STO表面附近的氧空位是造成这种情况的原因。

记忆

班纳吉:“低于105开尔文的相变拉伸了晶体结构,产生了偶极子。我们表明氧空位聚集在畴壁上,这些畴壁为氧空位的运动提供了通道。这些通道是STO记忆行为的原因。”STO晶体结构中氧空位通道的积累解释了最小电导率位置的变化。

陈还进行了另一项实验:“我们将栅极电压保持在-80 V,并在石墨烯中测量了近半小时的电阻。在此期间,我们观察到电阻发生了变化,表明了从空穴到电子电导率的转变。”这种效应主要是由STO表面氧空位的积累引起的。

总之,实验表明,show石墨烯复合材料的特性会随着电子和离子的运动而变化,并且电子和离子的运动会分别在不同的时间范围内。班纳吉:“通过收获其中的一种,我们可以利用不同的响应时间来产生忆阻效应,这可以与短期或长期记忆效应进行比较。”这项研究为STO忆阻器的行为提供了新的见解。“与石墨烯的结合为铁电材料和二维材料的忆阻异质结构开辟了新的途径。”

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