(Phys.org) —Resistive memory cells (ReRAM) anses vara en lovande lösning för framtida generationer av datorminnen. De kommer att dramatiskt minska energiförbrukningen i moderna IT -system samtidigt som deras prestanda avsevärt ökar. Till skillnad från byggstenarna för konventionella hårddiskar och minnen, dessa nya minnesceller är inte rent passiva komponenter utan måste betraktas som små batterier. Detta har visats av forskare från Jülich Aachen Research Alliance (JARA), vars resultat nu har publicerats i den prestigefyllda tidskriften Naturkommunikation . Det nya fyndet reviderar radikalt den nuvarande teorin och öppnar möjligheter för ytterligare tillämpningar. Forskargruppen har redan lämnat in en patentansökan för sin första idé om hur man kan förbättra datavläsningen med hjälp av batterispänning.

Konventionellt dataminne fungerar på grundval av elektroner som flyttas runt och lagras. Dock, även med atomnormer, elektroner är extremt små. Det är väldigt svårt att kontrollera dem, till exempel med hjälp av relativt tjocka isoleringsväggar, så att information inte försvinner med tiden. Detta begränsar inte bara lagringstätheten, det kostar också mycket energi. Av denna anledning, forskare arbetar febrilt över hela världen med nanoelektroniska komponenter som använder joner, dvs laddade atomer, för lagring av data. Joner är tusentals gånger tyngre än elektroner och är därför mycket lättare att "hålla nere". På det här sättet, de enskilda lagringselementen kan nästan reduceras till atomdimensioner, vilket förbättrar lagringstätheten enormt.

I resistiva kopplingsminnesceller (ReRAM), joner beter sig på nanometerskalan på ett liknande sätt som ett batteri. Cellerna har två elektroder, till exempel av silver och platina, vid vilka jonerna löses upp och sedan fälls ut igen. Detta förändrar det elektriska motståndet, som kan utnyttjas för datalagring. Vidare, Reduktions- och oxidationsprocesserna har också en annan effekt. De genererar elektrisk spänning. ReRAM -celler är därför inte rent passiva system - de är också aktiva elektrokemiska komponenter. Följaktligen, de kan betraktas som små batterier vars egenskaper utgör nyckeln till korrekt modellering och utveckling av framtida datalagring.

I komplexa experiment, forskarna från Forschungszentrum Jülich och RWTH Aachen University bestämde batterispänningen för typiska representanter för ReRAM -celler och jämförde dem med teoretiska värden. Denna jämförelse avslöjade andra egenskaper (såsom jonisk resistens) som tidigare varken var kända eller tillgängliga. "Kollar tillbaka, närvaron av en batterispänning i ReRAM är självklar. Men under den nio månader långa granskningsprocessen av tidningen som nu publicerades var vi tvungna att övertyga mycket, eftersom batterispänningen i ReRAM -celler kan ha tre olika grundorsaker, och tilldelningen av rätt orsak är allt annat än trivial, säger Dr. Ilia Valov, elektrokemisten i prof. Rainer Wasers forskargrupp.

Det nya fyndet är av central betydelse, särskilt, för den teoretiska beskrivningen av minneskomponenterna. Hittills, ReRAM -celler har beskrivits med hjälp av konceptet memristors - ett portmanteau -ord som består av "minne" och "resistor". Det teoretiska begreppet memristors kan spåras tillbaka till Leon Chua på 1970 -talet. Den applicerades först på ReRAM-celler av IT-företaget Hewlett-Packard 2008. Den syftar till permanent lagring av information genom att ändra det elektriska motståndet. Memristor -teorin leder till en viktig begränsning. Det är begränsat till passiva komponenter. "Den demonstrerade interna batterispänningen för ReRAM -element bryter helt klart mot den matematiska konstruktionen av memristorteorin. Denna teori måste utökas till en helt ny teori - för att korrekt beskriva ReRAM -elementen, säger doktor Eike Linn, specialisten för kretskoncept i författargruppen. Detta sätter också utvecklingen av alla mikro- och nanoelektroniska chips på en helt ny grund.

"De nya resultaten kommer att hjälpa till att lösa ett centralt pussel för internationell ReRAM -forskning, "säger prof. Rainer Waser, biträdande talesman för det forskningscentrum SFB 917 "Nanoswitches" som inrättades 2011. Under de senaste åren har dessa förbryllande aspekter inkluderar oförklarliga långsiktiga driftfenomen eller systematiska parameteravvikelser, som hade tillskrivits tillverkningsmetoder. "Mot bakgrund av denna nya kunskap, det är möjligt att specifikt optimera utformningen av ReRAM -cellerna, och det kan vara möjligt att upptäcka nya sätt att utnyttja cellernas batterispänning för helt nya applikationer, som tidigare var utom räckhåll för tekniska möjligheter, "tillägger Waser, vars grupp har samarbetat i flera år med företag som Intel och Samsung Electronics inom området ReRAM -element.