DigitalArtSpace

Новые типы мемристоров обладают возможностью надёжного сохранения данных в молекулярных структурах, сформированных из материалов, подобных графену. В статье, размещенной в журнале Nanoenergy Advances, Геннадий Панин, сотрудник Российской академии наук, анализирует, как эти материалы с атомарной толщиной могут быть применены в электрических схемах, воспроизводящих принципы работы мозга, и способствуют уменьшению энергопотребления современных технологий искусственного интеллекта.

Мемристор – это электрический компонент, характеризующийся изменяющимся сопротивлением в зависимости от величины тока, проходившего через него в прошлом. Он сохраняет информацию об этом воздействии даже после прекращения подачи тока, обеспечивая хранение данных без необходимости внешнего питания. Принцип действия мемристоров во многом схож с работой нейронов и синапсов в мозге.

Высокая скорость работы и простая двухэлектродная конструкция позволяют мемристорам легко интегрироваться в плотные массивы, что делает их перспективными «строительными блоками» для современных электронных схем, в особенности для систем, используемых в приложениях искусственного интеллекта. В своей работе Панин детально рассказывает о том, как можно усовершенствовать эти характеристики, формируя схемы мемристоров из двумерных материалов, толщина которых составляет всего несколько атомов.

После открытия графена было проведено множество исследований, направленных на изучение возможностей улучшения его электрических характеристик посредством изменения структуры, напоминающей углеродную «соту». Такие материалы позволяют добиться нелинейного поведения, при котором ток не растет прямо пропорционально увеличению приложенного напряжения. Данная нелинейность важна для надежного хранения данных и переключения между различными значениями сопротивления.

Панин изучает разнообразные двумерные материалы, включая оксид графена, диаман (двумерную структуру, подобную алмазу, состоящую из углерода) и многослойные халькогениды, не содержащие углерода, но обладающие структурой, аналогичной графену. В данных материалах прохождение электрического тока может приводить к частичному смещению атомных решёток — изменению от плоской, обеспечивающей хорошую проводимость, к более искажённой и менее проводящей структуре, что сопровождается ростом сопротивления. В системах, основанных на графене, эти явления поддаются управлению посредством контролируемых окислительно-восстановительных процессов: включение кислородсодержащих групп уменьшает проводимость, а их удаление – восстанавливает её.

По словам Панина, характеристики материала также могут проявляться вследствие фазовых переходов, индуцируемых светом в широком спектре длин волн. Данный оптически контролируемый переключатель открывает возможность для разработки устройств, способных не только принимать, но и сохранять информацию, что напоминает работу живых организмов, обрабатывающих световые сигналы.

Подчёркивая особенности этих надёжных переключателей, автор отмечает, что графеноподобные двухмерные материалы способны уменьшить стремительно увеличивающиеся энергетические затраты дата-центров, что является одной из ключевых проблем, возникающих в связи с прогрессом технологий. Интеграция памяти непосредственно в молекулярную структуру компонентов электронных схем позволит осуществлять вычисления такой же скорости и мощности, как и в современных конструкциях, но с существенно меньшим расходом энергии. Это создаёт возможности для создания более экологичных решений, начиная от беспилотных транспортных средств и заканчивая разработкой персонализированных медикаментов.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.