«Компьютерный синапс» проанализирован в наномасштабной шкале

Исследователи из НР и Университета Калифорнии (Санта-Барбара) проанализировали с беспрецедентной детализацией физические и химические свойства электронного устройства, которое, как надеются инженеры, преобразует вычисления.

Мемристоры (memory resistors) обрели новое понимание в качестве элемента схем для разработки электроники и вдохновили экспертов искать пути имитации поведения нашей мозговой активности внутри компьютера.

Предполагается, что мемристоры со способностью «запоминать» полный электрический заряд, который через них проходит, принесут наибольшую пользу, когда они смогут действовать подобно синапсам внутри электронной цепи, имитируя сложную сеть нейронов, имеющуюся в мозге человека, позволяющую ему воспринимать, думать и запоминать.

Имитация биологических синапсов – соединений между двумя нейронами, по которым передается информация в нашем мозге, - может привести к широкому спектру новых приложений, включая полуавтономных роботов, если удастся воспроизвести сложные нейронные сети в искусственной системе.

Для того чтобы использовать огромный потенциал мемристоров, исследователи вначале нуждаются в понимании физических процессов, происходящих внутри них, в очень малых масштабах.

Мемристоры имеют очень простую структуру – часто это только тонкая пленка, сделанная из двуокиси титана, помещенная между двумя металлическими электродами, – и они интенсивно изучались в терминах их электрических свойств.

Впервые было проведено неразрушающее изучение физических свойств мемристоров, позволяющее более детально взглянуть на химические и структурные изменения, происходящие при их функционировании.

Исследователи изучили канал, где происходит переключение сопротивления мемристоров, комбинируя несколько техник.

Они использовали высоко фокусированные рентгеновские лучи, чтобы локализовать и отобразить канал шириной 100 нм, в котором переключается сопротивление. Затем полученные данные были подставлены в математическую модель, описывающую нагревание мемристора.

«Одна из самых больших трудностей при использовании этих устройств заключается в понимании, как они работают, в микроскопической картине того, как происходят такие огромные и обратимые изменения в их сопротивлении, - сказал Джон Поль Страхан (John Paul Strachan) из НР Labs. – Теперь у нас есть непосредственная картина теплового профиля, который локализован вокруг канала, и это должно сыграть большую роль в ускорении понимания физических основ поведения мемристоров».