Научной группе из новосибирского Академгородка удалось впервые в мире создать уникальные нанопереключатели — приборы на основе монокристаллов двуокиси ванадия (VO2), которые резко и обратимо изменяют свое сопротивление и при этом демонстрируют рекордную энергоэффективность, сравнимую с эффективностью нейрона, высокое быстродействие и долговечность. 
Предложенная технология формирования переключателей интегрируется в хорошо развитую кремниевую технологию, что обеспечивает ее дешевизну. Большие массивы таких нанопереключателей  перспективны для создания посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров, работающих по принципам человеческого мозга.
3_Виктор_Принц.jpg
 
Подробности исследования сотрудников Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН опубликованы в престижном научном журнале Nanoscale.

Новый результат — продолжение работы, в ходе которой та же научная группа впервые синтезировала массивы упорядоченных монокристаллов диоксида ванадия. Этот материал — один из самых перспективных для создания компьютеров, функционирующих по принципу человеческого мозга: диоксид ванадия может очень быстро переходить из полупроводникового состояния в металлическое и обратно.
«Переключатель представляет собой нанокристалл двуокиси ванадия с двумя контактами, один из которых — внедренная в кристалл проводящая кремниевая наноигла, с радиусом закругления около 10 нанометров Благодаря остроте контакта, у его вершины концентрируется электрическое поле и ток, что и обеспечивает малое напряжение переключения из полупроводникового в металлическое состояние. Это обеспечивает рекордную энергоэффективность прибора, которая сравнима с эффективностью нейрона. Для внедрений важно, что прибор практически весь кремниевый — и подложка, и наноигла, и второй контакт. Лишь нанокристалл между контактами - двуокись ванадия. Стандартной технологией сформировать такую трехмерную наноструктуру невозможно, тем более что подходящих подложек не существует.  В основе нашей технологии лежат обнаруженные нами условия синтеза нанокристалла двуокиси ванадия на вершине кремниевой наноиглы», — объясняет заведующий лабораторией ИФП СО РАН, первый автор статьи в Nanoscale член-корреспондент РАН Виктор Яковлевич Принц.
 
4_Сергей- Мутилин.jpg
 
Такие нанопереключатели необходимы для нейроморфных систем как аналоги нейронов. На данный момент плотность сформированных нанопереключателей — миллион на квадратный сантиметр, однако, ее можно увеличить в тысячу раз.

«С диоксидом ванадия мы работаем несколько лет: сначала, как и практически все в мире, исследовали поликристаллические пленки этого соединения. Первый наш значительный успех связан с тем, что мы смогли синтезировать упорядоченные идеально чистые монокристаллы этого соединения. Причем расположение последних задавалось созданными наноструктурами на кремниевой подложке. Сейчас мы продвинулись гораздо дальше — нам удалось создать на их основе  полноценные наноприборы с наноконтактами. Наш подход синтеза кристаллов на кончике кремниевых наноигл можно распространить и на другие перспективные полупроводниковые материалы для которых отсутствуют подложки», — отмечает соавтор статьи, научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН Сергей Владимирович Мутилин.

Важным параметром новых переключателей является их долговечность — более 100 миллиардов переключений без изменений характеристик.
 
«Исследование выполнялось при финансовой поддержке Российского научного фонда, наши дальнейшие планы — работа по оптимизации нанопереключателей, а также формирование их связанного массива и создание искусственных нейросетей. На этом пути мы еще в самом начале», — добавляет Виктор Принц.

 
Пресс-служба ИФП СО РАН,
Пресс-служба РНФ
 
Иллюстрации
  1. Схематическое изображение нанопереключателя. К кристаллу VO2 с внедренной кремниевой иглой подается электрическое напряжение, в результате чего в нем формируется тонкий проводящий канал.

  2. Заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Виктор Яковлевич Принц (автор фото Надежда Дмитриева)
  3. Научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН Сергей Владимирович Мутилин (автор фото Виктор Яковлев)
 

Источники

Ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники создали сибирские ученые
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/02/2020
Ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники создали сибирские ученые
Infopro54.ru, 19/02/2020
Ученые из новосибирского Академгородка создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Российский научный фонд (rscf.ru), 19/02/2020
Новосибирские ученые создали ключевые элементы для компьютеров, функционирующих по принципу человеческого мозга
Новосибирские новости (nscn.ru), 19/02/2020
Созданы ключевые наноэлементы для "искусственных мозгов"
Индикатор (indicator.ru), 19/02/2020
Созданы ключевые наноэлементы для "искусственных мозгов"
Новости@Rambler.ru, 19/02/2020
Созданы ключевые наноэлементы для "искусственных мозгов"
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Око планеты (oko-planet.su), 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Взгляд.Ру, 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Seldon.News (news.myseldon.com), 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Новости@Rambler.ru, 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
НАРОДедин (narodedin.com), 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
RepeatMe.ru, 19/02/2020
В Новосибирске создали ключевые элементы для компьютеров, работающих по принципу мозга
Inline.ru, 19/02/2020
В Новосибирске создали ключевые элементы для компьютеров, работающих по принципу мозга
Дело (delo-kira.ru), 19/02/2020
Новосибирские ученые создали ключевые элементы для компьютеров, функционирующих по принципу человеческого мозга
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 19/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 19/02/2020
Элементы для компьютерного мозга создали в Новосибирске
Ndn.info, 19/02/2020
Сибирские ученые создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Наука в Сибири (sbras.info), 20/02/2020
Ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Коммерсантъ (kommersant.ru/nauka), 20/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Российский научный фонд (rscf.ru), 20/02/2020
Сибирские ученые создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
RusCable.Ru, 20/02/2020
20.02.2020 Ученые из новосибирского Академгородка создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров 19.02.2020
Институт химии твердого тела УрО РАН (ihim.uran.ru), 20/02/2020
Уникальные нанопереключатели создали сибирские ученые
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 20/02/2020
В России созданы ключевые элементы для "электроники будущего"
Российский научный фонд (рнф.рф), 20/02/2020
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 20/02/2020
Ученые из новосибирского Академгородка создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
News2 (news2.ru), 23/02/2020
Ученые из новосибирского Академгородка создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
SMIonline (so-l.ru), 23/02/2020
В России создали ключевые наноэлементы для нейрокомпьютеров
Русский пульс (russianpulse.ru), 23/02/2020
В России создали ключевые наноэлементы для нейрокомпьютеров
Око планеты (oko-planet.su), 23/02/2020
В России создали ключевые наноэлементы для нейрокомпьютеров
Война и мир (warandpeace.ru), 23/02/2020
В России создали ключевые наноэлементы для нейрокомпьютеров
Newstes.ru, 23/02/2020
В России создали ключевые наноэлементы для нейрокомпьютеров
Eadaily.com, 23/02/2020
Созданы ключевые наноэлементы для "искусственных мозгов"
Nanonewsnet.ru, 21/02/2020
Российские ученые создали уникальные нанопереключатели для посткремниевой электроники
Политэксперт (politexpert.net), 22/02/2020
В России создали ключевые наноэлементы для нейрокомпьютеров
1k.com.ua, 23/02/2020
Российские ученые создали уникальные нанопереключатели для посткремниевой электроники
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 24/02/2020
Передовые российские решения для электроники будущего: Созданы нанопереключатели на основе двуокиси ванадия
Техносфера (tehnoomsk.ru), 25/02/2020
Ученые из России разработали уникальные нанопереключатели (1 фото)
Fishki (fishki.net), 26/02/2020
Передовые российские решения для электроники будущего: Созданы нанопереключатели на основе двуокиси ванадия
Око планеты (oko-planet.su), 26/02/2020
Шаг к человекоподобному компьютеру
Честное слово, 26/02/2020
Ученые ИФП СО РАН и ИНХ СО РАН создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Научная Россия (scientificrussia.ru), 27/02/2020
Ученые из новосибирского Академгородка создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
РадиоЛоцман (rlocman.ru), 27/02/2020
Ученые ИФП СО РАН и ИНХ СО РАН создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Город финансов (gorodfinansov.ru), 27/02/2020
Ученые ИФП СО РАН и ИНХ СО РАН создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
1k.com.ua, 27/02/2020
Ученые ИФП СО РАН и ИНХ СО РАН создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 28/02/2020
В новосибирском Академгородке создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 28/02/2020
Ученые ИФП СО РАН создали наноэлементы для посткремниевой электроники
Инновации и предпринимательство (innovbusiness.ru), 28/02/2020
Ученые ИФП СО РАН создали наноэлементы для посткремниевой электроники
Пресс-релизы Publishernews.ru, 28/02/2020
Ученые ИФП СО РАН создали наноэлементы для посткремниевой электроники
SFO.AllBusiness.ru, 28/02/2020
Ученые ИФП СО РАН создали наноэлементы для посткремниевой электроники
Россия (russia.allbusiness.ru), 28/02/2020
Ученые ИФП СО РАН создали наноэлементы для посткремниевой электроники
Бизнес России. Новосибирская область (novosibirsk.allbusiness.ru), 28/02/2020
Ученые из новосибирского Академгородка создали ключевые наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров
Nanonewsnet.ru, 29/02/2020

Похожие новости

  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    1208
  • 12/11/2019

    Сибирские ученые разработали композитный материал, подходящий для создания гибких элементов памяти

    Исследователи Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН создали новый материал для мемристоров (резисторов, обладающих памятью): композит из наночастиц оксида ванадия покрытых фторированным графеном.
    798
  • 23/10/2017

    Приборы и технологии ИЯФ СО РАН под землей и в космосе

    ​Может ли хорошее финансирование способствовать развитию научного потенциала института? Вопрос, конечно, риторический. Практика показывает: комплексный подход помогает не только продвинуться в исследованиях, но и повысить эффективность работы всей организации, в том числе ликвидировать существующие дисбалансы.
    1422
  • 12/11/2015

    Странное очарование кварков

    ​В рамках проекта "Инновации: достижения и проблемы" газета "Честное слово" продолжает цикл публикаций о проблемах развития инновационных проектов. Сегодня мы расскажем о новых инновационных разработках Института ядерной физики СО РАН.
    2628
  • 29/06/2017

    Ученые знают, как напечатать будущее

    ​Технологии цифровой печати объектов, как двумерных (2D), так и трехмерных (3D), стремительно развиваются во всем мире. К сожалению, в России за время перестройки была разрушена база, которая позволила бы нашей стране занять достойное место в этой области.
    1268
  • 24/12/2019

    Математики изучили поведение экситонов в материалах для наноэлектроники

    ​Сибирским и немецким исследователям удалось построить модель и вычислить поведение экситонов — квазичастиц, с которыми связывают будущее электронных приборов, в частности квантовых компьютеров и смартфонов.
    453
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1629
  • 22/05/2015

    Электрон похудел

    В новосибирском Академгородке получен уникальный материалСАМЫЙ обычный, известный из школьного курса физики электрон преподнес сюрприз: он вдруг потерял массу. Точнее, он движется так, словно ее нет.
    2450
  • 19/05/2017

    Энергия молодости как движущая сила науки

    Так же, как российское могущество прирастает Сибирью, могущество Сибирского отделения прирастает молодыми учеными. Они приходят в науку разными путями, но затем все эти тропинки сливаются в одну дорогу, ведущую в будущее.
    2480
  • 22/12/2017

    Новосибирские физики сконструируют для лунной базы солнечные батареи

    ​Освоение других планет - давняя мечта человечества. Но ее невозможно реализовать, не решив энергетическую проблему. Новосибирские физики предложили способ усовершенствовать солнечные батареи для работы в космосе.
    1268