최근 미시간 대학이 주도한 연구에 따르면 분자가 기름과 물처럼 분리될 때 상 분리는 산소 확산과 함께 작동하여 전기 저항을 사용하여 정보를 저장하는 멤리스터(전기 저항을 사용하여 정보를 저장하는 전기 부품)가 전원이 차단된 후에도 정보를 유지하도록 돕는 것으로 나타났습니다.출판됨~에문제.

지금까지 설명은 멤리스터가 정보 없이 어떻게 정보를 유지하는지 완전히 파악하지 못했습니다.전원, 으로 알려져 있음비휘발성 메모리, 모델과 실험이 일치하지 않기 때문입니다.

"실험 결과 장치는 10년 이상 정보를 유지할 수 있는 것으로 나타났지만, 커뮤니티에서 사용된 모델은 정보가 몇 시간 동안만 유지될 수 있음을 보여줍니다."라고 재료 과학 및 공학 분야의 UM 박사 과정을 졸업한 Jingxian Li가 말했습니다.공부하다.

비휘발성 멤리스터 메모리를 구동하는 근본적인 현상을 더 잘 이해하기 위해 연구원들은 다음과 같은 장치에 중점을 두었습니다.저항성 랜덤 액세스 메모리또는 고전 컴퓨팅에 사용되는 휘발성 RAM의 대안인 RRAM이 있으며 이번 연구 결과는 에너지 효율적인 인공 지능 애플리케이션에 특히 유망합니다.

연구된 특정 RRAM은필라멘트- 유형 원자가 변화 메모리(VCM)는 두 개의 백금 전극 사이에 절연 탄탈륨 산화물 층을 삽입합니다.백금 전극에 일정한 전압을 가하면 전도성 필라멘트가 절연체를 통과해 전극까지 탄탈륨 이온 브리지를 형성해 전기가 흐르게 되고, 셀은 이진 코드로 '1'을 나타내는 낮은 저항 상태가 된다.다른 전압을 가하면 필라멘트가 다시 돌아가면서 용해됩니다.산소 원자탄탈륨 이온과 반응하여 전도성 브리지를 "녹슬게" 하고 높은 저항 상태로 돌아가서 이진 코드 "0"을 나타냅니다.

한때 RRAM은 산소가 다시 확산되기에는 너무 느리기 때문에 시간이 지나도 정보를 유지한다고 생각되었습니다.그러나 일련의 실험을 통해 이전 모델이 상 분리의 역할을 무시한 것으로 나타났습니다.

"이러한 장치에서 산소 이온은 필라멘트에서 멀리 떨어져 있는 것을 선호하며 일정 시간이 지난 후에도 다시 확산되지 않습니다. 이 과정은 물과 기름의 혼합물이 시간에 관계없이 혼합되지 않는 것과 유사합니다.잠깐만요, 왜냐하면 그들은 혼합 상태에서 더 낮은 에너지를 갖기 때문입니다."라고 U-M 재료 과학 및 공학 조교수이자 이번 연구의 수석 저자인 Yiyang Li가 말했습니다.

머무름 시간을 테스트하기 위해 연구진은 온도를 높여 실험 속도를 높였습니다.250°C에서 1시간은 컴퓨터 칩의 일반적인 온도인 85°C에서 약 100년에 해당합니다.

연구원들은 원자력 현미경의 초고해상도 이미징을 사용하여 너비가 약 5나노미터 또는 원자 20개에 불과한 필라멘트를 이미지화했는데, 이 필라멘트는 너비가 1미크론인 RRAM 장치 내에서 형성됩니다.

"우리는 장치에서 필라멘트를 찾을 수 있다는 사실에 놀랐습니다. 마치 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다"라고 Li는 말했습니다.

연구팀은 서로 다른 크기의 필라멘트가 서로 다른 유지 동작을 나타냄을 발견했습니다.약 5나노미터보다 작은 필라멘트는 시간이 지남에 따라 용해되는 반면, 5나노미터보다 큰 필라멘트는 시간이 지남에 따라 강화됩니다.크기에 따른 차이는 확산만으로는 설명할 수 없습니다.

열역학적 원리를 통합한 실험 결과와 모델은 전도성 필라멘트의 형성과 안정성이 상 분리에 달려 있음을 보여주었습니다.

연구팀은 상분리를 활용하여 우주 탐사에 사용하기 위해 방사선 노출을 견딜 수 있도록 제작된 메모리 장치인 래드 하드 메모리 칩의 메모리 보존 기간을 하루에서 10년 이상으로 연장했습니다.

다른 애플리케이션으로는 보다 에너지 효율적인 AI 애플리케이션을 위한 인메모리 컴퓨팅이나 인간 피부의 감각 능력을 모방하도록 설계된 신축성 전자 인터페이스인 전자 피부용 메모리 장치가 있습니다.e-skin으로도 알려진 이 소재는 감각 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있습니다.의수족, 새로운 웨어러블 피트니스 트래커를 만들거나 로봇이 섬세한 작업을 위한 촉각 감지 기능을 개발하도록 도와주세요.

"우리는 우리의 발견이 정보 저장 장치를 만들기 위해 상 분리를 사용하는 새로운 방법에 영감을 줄 수 있기를 바랍니다"라고 Li는 말했습니다.

Dearborn의 Ford Research 연구원;오크리지 국립연구소;올버니 대학교;뉴욕이 창조합니다;샌디아 국립 연구소;애리조나 주립대학교, 템페 캠퍼스가 이 연구에 기여했습니다.이 장치는 Lurie Nanofabrication Facility에서 제작되었으며 Michigan Center for Materials Characterization에서 연구되었습니다.