Förra mars, artificiell intelligens (AI)-programmet AlphaGo slog koreanska Go-mästaren LEE Se-Dol vid det asiatiska brädspelet. "Spelet var ganska tight, men AlphaGo använde 1200 processorer och 56, 000 watt per timme, medan Lee bara använde 20 watt. Om en hårdvara som efterliknar den mänskliga hjärnans struktur utvecklas, vi kan använda artificiell intelligens med mindre kraft, " påpekar professor YU Woo Jong. I samarbete med Sungkyunkwan University, forskare från Centrum för integrerad nanostrukturfysik inom Institutet för grundvetenskap (IBS), har tagit fram en ny minnesenhet inspirerad av neuronanslutningarna i den mänskliga hjärnan. Forskningen, publiceras i Naturkommunikation , lyfter fram apparatens mycket pålitliga prestanda, lång retentionstid och uthållighet. Dessutom, dess töjbarhet och flexibilitet gör den till ett lovande verktyg för nästa generations mjuka elektronik som fästs på kläder eller kropp.

Hjärnan kan lära sig och memorera tack vare ett stort antal kopplingar mellan neuroner. Informationen du memorerar överförs genom synapser från en neuron till nästa som en elektrokemisk signal. Inspirerad av dessa kopplingar, IBS-forskare konstruerade ett minne som kallas tvåterminalt tunneling random access memory (TRAM), där två elektroder, kallas avlopp och källa, liknar synapsens två kommunicerande neuroner. Medan vanlig mobil elektronik, som digitalkameror och mobiltelefoner använder det så kallade flashminnet med tre terminaler, fördelen med tvåterminalsminnen som TRAM är att tvåterminalsminnen inte behöver ett tjockt och styvt oxidskikt. "Flashminnet är fortfarande mer tillförlitligt och har bättre prestanda, men TRAM är mer flexibelt och kan skalas, " förklarar professor Yu.

TRAM består av en stapel av en atomtjocka eller några atomtjocka 2D-kristalllager:Ett lager av halvledarmolybdendisulfid (MoS2) med två elektroder (drain och source), ett isolerande skikt av hexagonal bornitrid (h-BN) och ett grafenskikt. I enkla termer, minne skapas (logisk-0), läsas och raderas (logisk-1) genom att laddningar flödar genom dessa lager. TRAM lagrar data genom att hålla elektroner på sitt grafenlager. Genom att applicera olika spänningar mellan elektroderna, elektroner strömmar från avloppet till grafenskiktet som tunnlar genom det isolerande h-BN-skiktet. Grafenskiktet blir negativt laddat och minnet skrivs och lagras och vice versa, när positiva laddningar introduceras i grafenskiktet, minnet raderas.

IBS-forskare valde noggrant ut tjockleken på det isolerande h-BN-skiktet eftersom de fann att en tjocklek på 7,5 nanometer tillåter elektronerna att tunnla från dräneringselektroden till grafenskiktet utan läckage och utan att förlora flexibilitet.

Flexibilitet och töjbarhet är verkligen två nyckelegenskaper hos TRAM. När TRAM tillverkades på flexibel plast (PET) och töjbara silikonmaterial (PDMS), den kan belastas upp till 0,5 % och 20 %, respektive. I framtiden, TRAM kan vara användbart för att spara data från flexibla eller bärbara smartphones, ögonkameror, smarta operationshandskar, och biomedicinska anordningar som kan fästas på kroppen.

Sist men inte minst, TRAM har bättre prestanda än andra typer av tvåterminalsminnen som kallas Phas Change Random Access Memory (PRAM) och resistive Random Access Memory (RRAM).