密歇根大学最近领导的一项研究表明，当分子像油和水一样分开时，相分离与氧扩散一起发挥作用，帮助忆阻器（利用电阻存储信息的电气元件）即使在电源关闭后也能保留信息。发表在事情。

到目前为止，解释还没有完全掌握忆阻器如何在没有记忆的情况下保留信息。电源，称为非易失性存储器，因为模型和实验不匹配。

“虽然实验表明设备可以保留信息 10 年以上，但社区中使用的模型表明信息只能保留几个小时，”密歇根大学材料科学与工程博士研究生、该论文的第一作者李景贤说。学习。

为了更好地了解驱动非易失性忆阻器存储器的潜在现象，研究人员重点研究了一种称为电阻式随机存取存储器RRAM 是经典计算中使用的易失性 RAM 的替代品，该研究结果对于节能人工智能应用特别有前景。

所研究的具体 RRAM，灯丝型价变存储器（VCM），将绝缘氧化钽层夹在两个铂电极之间。当一定的电压施加到铂电极上时，导电丝形成钽离子桥，穿过绝缘体到达电极，从而允许电流流动，使电池处于低电阻状态，代表二进制代码中的“1”。如果施加不同的电压，灯丝会随着返回而溶解氧原子与钽离子发生反应，使导电桥“生锈”并返回到高电阻状态，代表二进制代码“0”。

人们曾经认为 RRAM 会随着时间的推移保留信息，因为氧气扩散回来的速度太慢。然而，一系列实验表明，以前的模型忽略了相分离的作用。

“在这些设备中，氧离子更喜欢远离灯丝，并且永远不会扩散回来，即使在无限期的时间之后也是如此。这个过程类似于水和油的混合物不会混合，无论我们花费多少时间。等等，因为它们在去混合状态下的能量较低，”密歇根大学材料科学与工程助理教授、该研究的高级作者李一阳说。

为了测试保留时间，研究人员通过提高温度来加快实验速度。在 250°C 下工作一小时相当于在 85°C（计算机芯片的典型温度）下工作约 100 年。

研究人员利用原子力显微镜的极高分辨率成像，对在一微米宽的 RRAM 器件内形成的细丝进行了成像，细丝的宽度仅为约 5 纳米或 20 个原子。

“我们很惊讶我们能在设备中找到灯丝。这就像大海捞针一样，”李说。

研究小组发现，不同尺寸的细丝会产生不同的保留行为。小于约 5 纳米的细丝会随着时间的推移而溶解，而大于 5 纳米的细丝会随着时间的推移而增强。基于尺寸的差异不能仅用扩散来解释。

结合热力学原理的实验结果和模型表明，导电丝的形成和稳定性取决于相分离。

研究小组利用相分离技术，将抗辐射存储芯片（一种用于太空探索中用于承受辐射暴露的存储设备）的存储保留时间从一天延长到了 10 年以上。

其他应用包括用于更节能的人工智能应用的内存计算或用于电子皮肤的存储设备——一种旨在模仿人类皮肤感官能力的可拉伸电子界面。这种材料也称为电子皮肤，可用于提供感官反馈假肢，创建新的可穿戴健身追踪器或帮助机器人开发用于精细任务的触觉传感。

“我们希望我们的发现能够激发使用相分离来创建信息存储设备的新方法，”李说。

迪尔伯恩福特研究中心的研究人员；橡树岭国家实验室；奥尔巴尼大学；纽约创造；桑迪亚国家实验室；和亚利桑那州立大学坦佩分校对这项研究做出了贡献。该设备是在卢里纳米加工设施建造的，并在密歇根材料表征中心进行研究。