I loppet att bygga en dator som efterliknar den enorma beräkningskraften hos den mänskliga hjärnan, forskare vänder sig alltmer till memristors, som kan variera sitt elektriska motstånd baserat på minnet av tidigare aktivitet. Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har nu avslöjat de långt mystiska inre funktionerna hos dessa halvledarelement, som kan fungera som kortsiktigt minne hos nervceller.

Precis som förmågan hos en nervcell att signalera en annan beror på hur ofta cellerna har kommunicerat under det senaste förflutna, motståndet hos en memristor beror på mängden ström som nyligen flödade genom den. Dessutom, en memristor behåller det minnet även när elektrisk ström är avstängd.

Men trots det stora intresset för memristors, forskare har saknat en detaljerad förståelse för hur dessa enheter fungerar och har ännu inte utvecklat ett standardverktyg för att studera dem.

Nu, NIST -forskare har identifierat en sådan verktygsuppsättning och använt den för att djupare undersöka hur memristorer fungerar. Deras resultat kan leda till effektivare drift av enheterna och föreslå sätt att minimera strömläckage.

Brian Hoskins från NIST och University of California, Santa Barbara, tillsammans med NIST-forskarna Nikolai Zhitenev, Andrei Kolmakov, Jabez McClelland och deras kollegor från University of Marylands NanoCenter i College Park och Institute for Research and Development in Microtechnologies i Bukarest, rapporterade resultaten i en nyligen Naturkommunikation .

För att utforska den elektriska funktionen hos memristorer, laget riktade en tätt fokuserad elektronstråle på olika platser på en titandioxidmemristor. Strålen slog loss några av enhetens elektroner, som bildade ultrastarka bilder av dessa platser. Strålen inducerade också fyra distinkta strömmar att flyta inuti enheten. Teamet fastställde att strömmarna är associerade med de många gränssnitten mellan material i memristorn, som består av två metall (ledande) lager skilda av en isolator.

"Vi vet exakt var var och en av strömmarna kommer ifrån eftersom vi styr platsen för strålen som inducerar dessa strömmar, sa Hoskins.

Vid avbildning av enheten, laget hittade flera mörka fläckar - regioner med förbättrad konduktivitet - som indikerade platser där ström kan läcka ut ur memristorn under normal drift. Dessa läckvägar låg utanför memristorns kärna - där den växlar mellan de låga och höga motståndsnivåerna som är användbara i en elektronisk enhet. Fyndet tyder på att minskning av en memristors storlek kan minimera eller till och med eliminera några av de oönskade strömvägarna. Även om forskare hade misstänkt att det kan vara så, de hade saknat experimentell vägledning om hur mycket man skulle minska enhetens storlek.

Eftersom läckvägarna är små, involverar avstånd på endast 100 till 300 nanometer, "du kommer förmodligen inte att börja se några riktigt stora förbättringar förrän du minskar dimensionerna på memristorn i den skalan, "Sa Hoskins.

Till deras förvåning, laget fann också att strömmen som korrelerade med memristorns omkopplare i motstånd inte alls kom från det aktiva kopplingsmaterialet, men metallskiktet ovanför det. Den viktigaste lektionen i memristorstudien, Hoskins noterade, "är att du inte bara kan oroa dig för den resistiva omkopplaren, själva växlingspunkten, du måste oroa dig för allt runt omkring." Teamets studie, han lade till, "är ett sätt att skapa mycket starkare intuition om vad som kan vara ett bra sätt att konstruera memristorer."

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NIST. Läs originalberättelsen här.