Ученые Университета ИТМО создали ультратонкие кристаллы, способные работать как мемристоры — элементы памяти в нейроподобной электронике, сообщает ИТМО News. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
Физики разработали кристаллы толщиной всего 4 нм — менее одной десятитысячной толщины человеческого волоса. Они основаны на металл-органических каркасах и формируются в двумерные структуры при обычных условиях: буквально на воздухе. Такой подход не требует дорогостоящего литографического оборудования и делает технологию потенциально дешевой и масштабируемой
Металл-органические каркасы состоят из органических молекул, связанных между собой ионами металлов. Это прочные материалы, которые обладают свойствами как неорганических, так и органических веществ. При этом такие структуры меняют проводимость под воздействием внешнего электрического поля: переходят от проводящего состояния к диэлектрическому и обратно.
Большинство подобных каркасов — трехмерные, что усложняет их применение в наноэлектронике. В ИТМО предложили метод преобразования 3D-структур в 2D. Ученые обнаружили, что при синтезе с участием нескольких органических соединений (лигандов) объемные кристаллы самопроизвольно расслаиваются на тонкие пластины — без специальных условий.
Сначала исследователи нагревают раствор 1,2-бипиридилэтилена, 2,6-нафталендикарбоксилата и нитрата цинка в течение 48 часов, после чего получают нужные 3D-кристаллы. При сушке на воздухе координационные связи между слоями разрушаются, и структура самопроизвольно превращается в 2D. Затем с помощью клейкой ленты можно отделить отдельные слои и использовать их в устройствах.
В одном объемном кристалле может быть до десятка отдельных слоев, поэтому после разрушения структуры мы сразу получаем несколько 2D-кристаллов. До нас такие опыты уже проводились, но никто не показывал, что все происходит самопроизвольно — буквально на воздухе. Это сильно упрощает и удешевляет производство.
Семен Бачин, соавтор исследования
Кристаллы сохраняют информацию более двух часов и выдерживают свыше 100 циклов переключения между состояниями высокой и низкой проводимости. При этом отношение сигнал/шум достигает 1400, что делает их перспективными для создания стабильных мемристоров. Они нужны для создания энергоэффективных систем памяти, микрооптических устройств и нейроморфных вычислительных архитектур, имитирующих работу мозга.
