Атомарно тонкие кристаллы открывают путь к энергоэффективной памяти будущего

Визуализация атомарно тонкого кристалла, зажатого между электродами. Физики из Обернского университета обнаружили, что электроды и крошечные атомные дефекты помогают материалу переключаться между изолирующим и металлическим состояниями. Это переключение является ключевым механизмом для устройств памяти следующего поколения, которые могут питать маломощные вычисления, искусственный интеллект и носимую электронику. Автор: Department of Physics—Auburn University

Физики из Обернского университета совершили прорыв в разработке энергоэффективных запоминающих устройств следующего поколения. Их исследование, опубликованное в ACS Applied Materials & Interfaces, демонстрирует, как мемристоры — ультратонкие устройства памяти, «запоминающие» прошлые электрические сигналы — переключают свое состояние с помощью электродов и тонких атомных изменений внутри материала.

В основе работы лежат дихалькогениды переходных металлов (TMD) — кристаллы, которые можно расслаивать до пленок толщиной в несколько атомов. Эти материалы могут вести себя как полупроводники, блокируя ток, или как металлы, свободно проводя его.

«Выбирая правильный электрод, мы можем заставить эти устройства переключаться более надежно и при меньшей мощности. Это именно то, что нужно для следующего поколения электроники», — объясняет доктор Марсело Курода, доцент кафедры физики Обернского университета.

Открытие имеет широкий спектр применений. Поскольку мемристоры имитируют то, как нейроны укрепляют и ослабляют свои связи, они идеально подходят для нейроморфных вычислений — аппаратного обеспечения, предназначенного для мышления и обучения подобно человеческому мозгу. Такие системы могли бы запускать искусственный интеллект при доле сегодняшних энергозатрат.

Поскольку TMD можно сделать толщиной всего в несколько атомов, они также являются кандидатами для гибкой и носимой электроники. Представьте медицинские имплантаты, работающие годами от одной батареи, или умную одежду, сотканную с датчиками, которые адаптируются к вашему телу в реальном времени.

Исследователи использовали расчеты из первых принципов, чтобы охарактеризовать физические свойства этих TMD в различных условиях. Они обнаружили, что синергия между электродами и крошечными атомными вакансиями — отсутствующими атомами в кристаллической решетке — играет роль в облегчении перехода между изолирующими и металлическими фазами.

Исследование предоставляет план для проектирования более надежных мемристоров, которые однажды могут заменить или дополнить память внутри компьютеров, смартфонов и бесчисленного множества других устройств.

Больше информации: Dakotah M. Kirk et al, Electrode-Assisted Switching in Memristors Based on Single-Crystal Transition Metal Dichalcogenides, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.5c03361