Ученые Научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ синтезировали материал для технологий памяти нового поколения — мемристоров. Такие носители информации могут работать быстрее и удерживать бо́льший объем данных, чем современные носители информации. В перспективе из таких материалов можно будет создавать миниатюрные носители для больших объемов информации или использовать для проектирования нейросетей. Одни из последних результатов работы по мемристивным структурам соавторы опубликовали в журнале «Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах».
«В традиционных носителях информации есть ячейки памяти, которые сохраняют нули и единицы и кодируют информацию. В современных технологиях для этого используется классическая кремниевая флэш-память. Но она подходит к пределу своей миниатюризации, а информации, которую нужно хранить, становится все больше. Поэтому, чтобы сохранить тренд увеличения объемов памяти и уменьшения носителей, разрабатываются альтернативные технологии запоминания информации. И одна из таких технологий — память на основе резистивного переключения, над которой мы и работаем. Один из последних результатов, который мы получили — синтезировали нанотрубки из диоксида циркония, которые, как мы полагаем, являются перспективной функциональной средой для формирования ячеек энергонезависимой резистивной памяти», — рассказывает соавтор исследований, младший научный сотрудник НОЦ «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ Илья Петренев.
Одной из особенностей мемристивной структуры на основе синтезированных нанотрубок является эффект квантования проводимости. Он заключается в формировании квантовых проводящих каналов, которые имеют поперечное сечение размером в один атом.
«Над созданием мемристоров работают ученые по всему миру. Однако на сегодня полноценных промышленных образов все еще нет. Проблема в том, что при масштабировании наноразмерные ячейки памяти начинают воздействовать друг на друга, проявляются квантовые эффекты, появляется неопределенность. Иными словами, в небольших лабораторных образцах все неплохо, а в реальных условиях пока возникают сложности», — добавляет директор НОЦ «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ Илья Вайнштейн.
Когда ученые решат поставленные задачи, в мире появятся технологии многоуровневой памяти нового поколения, наноэлектронные устройства с возможностью хранения больших объемов данных, повышенной устойчивостью к износу, улучшенной энергоэффективностью и быстродействием. Мемристоры можно использовать не только для компьютерной памяти, но и, к примеру, в искусственных нейронных сетях. Помимо двоичного переключения или переключения между несколькими состояниями, мемристоры могут изменять свое сопротивление плавно. Это похоже на поведение синапсов в человеческом мозге, которые могут изменять свой синаптический вес в зависимости от внешнего воздействия. Дальнейшее развитие технологий в данной области позволит создать нейросеть с архитектурой, подобной мозгу, всего на одном чипе.
Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».