Учёные из Института физики полупроводников имени Ржанова Сибирского отделения РАН разработали новый материал для мемристоров, который представляет собой композит из наночастиц оксида ванадия, покрытых фторированным графеном.
Мемристор — микроэлектронный компонент, меняющий своё сопротивление в зависимости от проходящего через него электрического заряда. При подаче высокого напряжения мемристор переходит в проводящее (открытое) состояние, а при смене полярности напряжения и приложении напряжения сброса структура прекращает проводить электрический ток — становится закрытой. Однако если использовать относительно низкие напряжения, можно прочитать информацию, зафиксированную на мемристоре в момент подачи высокого напряжения, не изменив состояния прибора. Время переключения измеряется в наносекундах, что примерно в 1000 раз меньше, чем у распространенной сейчас флэш-памяти.
Мемристор может выступать и как быстродействующая ячейка памяти, и как компонент нейроморфных сетей. Новосибирские учёные попытались сделать мемристорный материал для гибкой электроники из фторированного графена, который сохраняет стабильность при многократных переключениях, устойчив к изменениям температуры и механическим воздействиям. Его недостатком является небольшая (1−2 порядка) разница токов для открытого и закрытого состояния. Чтобы решить проблему, к фторированному графену добавили материалы, позволяющие увеличить резистивный эффект. Лучший результат показали композитные плёнки, состоящие из фторированного графена и наночастиц оксида ванадия — разница между токами в открытом и закрытом состояниях достигала девяти порядков.
Большая разница токов в открытом и закрытом состояниях, позволяет создать систему из нескольких тысяч мемристоров. Это, с одной стороны, увеличивает ёмкость памяти, а с другой — даёт возможность создавать нейроморфные сети, по принципу работы схожие с человеческим мозгом. Каждый «шарик» оксида ванадия благодаря хорошей адгезии, покрыт тонким диэлектрическим слоем фторографена. В такой конфигурации лучше сохраняются свойства материала и композит работает дольше. Наночастицы оксида ванадия — это кристаллогидраты, содержащие молекулы воды (диполи). Под действием внешнего электрического напряжения они ориентируются по линиям поля и в результате возникают внутренние электрические поля между частицами оксида ванадия разделенных барьерами из фторированного графена, и композит переходит в проводящее состояние.
Подача напряжения обратной полярности приводит к разориентации диполей и переключению всей структуры в непроводящее состояние. Мемристоры из нового композитного материала печатают на 2D принтере: готовятся специальные чернила и машина наносит их на полимерный материал. Напечатанные структуры можно сгибать практически вдвое — проводящие компоненты не пострадают и продолжат переключаться. Переключать мемристоры, то есть перезаписывать информацию, можно до миллионов раз в зависимости от параметров структур. По мировым стандартам это рекордные параметры для гибкой электроники.