Resistiva minnesceller eller kortare ReRAM anses vara framtidens nya superinformationslagringslösning. För närvarande, två grundläggande begrepp eftersträvas, som, tills nu, var förknippade med olika typer av aktiva joner. Men detta stämmer inte riktigt, som Jülich-forskare som arbetar tillsammans med sin korean, Japanska och amerikanska kollegor blev förvånade över att upptäcka. I valensförändringsminne (VCM) celler, inte bara är negativt laddade syrejoner aktiva, men – i likhet med elektrokemiska metalliseringsminne (ECM) celler – så är också positivt laddade metalljoner. Effekten gör det möjligt att ändra omkopplingsegenskaper efter behov och gör det möjligt att flytta fram och tillbaka från ett koncept till ett annat, som rapporterats av forskarna i tidskrifterna Naturens nanoteknik och Avancerade material .

ReRAM-celler har en unik egenskap:deras elektriska motstånd kan ändras genom att applicera en elektrisk spänning. Cellerna beter sig som ett magnetiskt material som kan magnetiseras och avmagnetiseras igen. Med andra ord, de har ett PÅ- och ett AV-läge. Detta gör att digital information kan lagras, dvs information som skiljer mellan "1" och "0". De viktigaste fördelarna med ReRAM är att de kan bytas snabbt, förbrukar lite energi, och bibehålla sitt tillstånd även efter långa tidsperioder utan extern spänning.

Det memristiva beteendet hos ReRAM-reläet på mobila joner. Dessa joner rör sig på liknande sätt som i ett batteri, flyter fram och tillbaka mellan två elektroder i ett metalloxidskikt som inte är mer än några nanometer tjockt. Under en lång tid, forskare trodde att VCM och ECM fungerade väldigt olika. I ECM, ON och OFF-tillstånden uppnås när metalljoner rör sig och bildar whisker-liknande filament. Detta händer när en elektrisk spänning läggs på, får sådana filament att växa mellan cellens två elektroder. Cellen är praktiskt taget kortsluten och motståndet minskar abrupt. När processen är noggrant kontrollerad, information kan lagras. Växlingsbeteendet hos VCM, i kontrast, var främst förknippade med undanträngning av syrejoner. I motsats till metalljoner, de är negativt laddade. När en spänning appliceras, jonerna rör sig ut ur en syrehaltig metallförening. Materialet blir plötsligt mer ledande. Även i detta fall, processen måste kontrolleras mer noggrant.

Jülich-forskare som arbetar tillsammans med sina partners från Chonbuk National University, Jeonju, National Institute for Materials Science i Tsukuba och Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston upptäckte en oväntad andra växlingsprocess i VCM:er:metalljoner hjälper också till att bilda filament i VCM. Processen gjordes synlig eftersom forskarna undertryckte syrejonernas rörelse. Att göra så, de modifierade ytan genom att applicera ett tunt kolskikt direkt vid gränsytan mellan elektrodmaterialet och den fasta elektrolyten. I ett fall, de använde "mirakelmaterialet" grafen, som endast består av ett enda lager kol. "Grafen användes för att undertrycka transporten av syrejoner genom fasgränsen och för att bromsa syrereaktionerna. Plötsligt, vi observerade en omkopplingskarakteristik som liknar den för en ECM-cell och antar därför att fria metalljoner också är aktiva i VCM. Detta verifierades dessutom med scanning tunneling microscopy (STM) och diffusionsexperiment. Det verkar som att metalljonerna ger ytterligare stöd för växlingsprocessen, " säger Dr Ilia Valov, elektrokemist vid Jülichs Peter Grünberg-institut (PGI-7).

Att införliva ett sådant kolmellanskikt skulle göra det möjligt att hoppa från en växlingsprocess till den andra i VCM. Detta skulle leda till nya alternativ för att designa ReRAM. "Beroende på applikation, our findings could be exploited and the effect purposely enhanced or intentionally suppressed, " says Valov. The scientists' findings give rise to several questions. "Existing models and studies will have to be reworked and adapted on the basis of these findings, " says the Jülich scientist. Further tests will clarify how such novel components behave in practice.