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. Разработанные  структуры могут использоваться для изготовления элементов памяти гибкой электроники: они выдерживают многочисленные деформации, способны хранить и многократно перезаписывать информацию всего за 30 наносекунд. Подробности опубликованы в журнале Advanced electronic materials.

Мемристор — микроэлектронный компонент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда. При подаче установочного (высокого напряжения) мемристор переходит в проводящее (открытое) состояние, а при смене полярности напряжения  и приложении напряжения сброса, также высокого, структура прекращает проводить электрический ток — становится закрытой. Однако если использовать относительно низкие  напряжения — их называют считывающими — можно прочитать информацию, зафиксированную на мемристоре в момент подачи высокого напряжения, не изменив состояния прибора. Время переключения измеряется в наносекундах, что примерно в 1000 раз меньше, чем у распространенной сейчас флэш-памяти. Соответственно, мемристор может выступать и как быстродействующая ячейка памяти, и как компонент нейроморфных сетей. Более того, системы с кроссбар архитектурой (пересекающиеся проводящие дорожки с мемристорами вместо транзисторов в узлах) очень просты в изготовлении.

 1. мемристорные структуры.jpg

Мемристорные структуры, напечатанные на полимерном материале

«Перед нами стояла задача создать мемристорный материал для гибкой электроники, для этих целей хорошо подходит фторированный графен: он сохраняет стабильность при многократных переключениях, устойчив к изменениям температуры, механическим воздействиям. Однако, его недостатком является небольшая (1-2 порядка) разница токов для открытого и закрытого состояния мемристора. Чтобы решить проблему мы добавляли к фторированному графену  материалы, позволяющие увеличить резистивный эффект. Лучший результат показали композитные пленки, состоящие из фторированного графена и наночастиц оксида ванадия —разница между токами в открытом и закрытом состояниях, достигала девяти порядков.  Если сравнивать с мировой практикой, аналогичные величины наблюдают при использовании полимеров или оксида графена, но первые нестабильны, легко деградируют, а второй позволяет переключать мемристор лишь сотни раз», — рассказывает первый автор статьи Артем Ильич Иванов, младший научный сотрудник  лаборатории Физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН, возглавляемой доктором физико-математических наук профессором Виктором Яковлевичем Принцем.

Большая разница токов в открытом и закрытом состояниях, позволяет создать систему из нескольких тысяч мемристоров. Это, с одной стороны, увеличивает емкость памяти, а с другой — дает возможность создавать нейроморфные сети, по принципу работы схожие с человеческим мозгом.

Каждый «шарик» оксида ванадия (частицы способной проводить электрический ток), благодаря хорошей адгезии, покрыт тонким диэлектрическим слоем фторографена. В такой конфигурации лучше сохраняются свойства материала и композит работает дольше.

«Наночастицы оксида ванадия — это кристаллогидраты, содержащие молекулы воды (диполи). Под действием внешнего электрического напряжения они ориентируются по линиям поля и в результате возникают внутренние электрические поля между частицами оксида ванадия разделенных барьерами из фторированного графена, и композит переходит в проводящее состояние. Подача напряжения обратной полярности приводит к разориентации диполей, и переключению всей структуры в высокоомное (непроводящее) состояние», — объясняет Артем Иванов.

Мемристоры из нового композитного материала печатают на 2D принтере: готовятся специальные чернила и машина наносит их на полимерный материал. Напечатанные структуры можно сгибать практически вдвое — проводящие компоненты не пострадают и продолжат переключаться.

«В нашей лаборатории разработана надежная, удобная и воспроизводимая технология получения фторированного графена, которой больше нет нигде в мире. 2D печать, в свою очередь, не требует дорогостоящего оборудования, больших финансовых вложений. Конечно, персональный компьютер напечатать невозможно, но, например, телефоны сейчас стремятся сделать гибкими, как и другие гаджеты: фитнес-браслеты, носимые сенсорные системы для мониторинга состояния здоровья и так далее», — комментирует ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Ирина Вениаминовна Антонова.

 2. полимер с напечатанными мемристорными структурами.JPG

Полимер с напечатанными на нем мемристорными структурами можно сгибать практически вдвое

Переключать мемристоры, созданные новосибирскими физиками из открытого (Ion) в закрытое (Ioff) состояние, попросту говоря перезаписать информацию, можно до миллионов раз в зависимости от параметров структур. По мировым стандартам — это в сочетании с разницей между токами (Ion/Ioff) в 6—9 порядков и наносекундными временами переключения — рекордные параметры для гибкой электроники.

В дальнейшем исследователи планируют протестировать способность отдельных наночастиц композита выступать в качестве мемристоров, чтобы достичь предельной плотности компонентов.

Исследование выполнялось при поддержке гранта РНФ 15-12-00008 «2D печатные технологии получения материалов и электронных устройств на основе графена» и бюджетного проекта «Структуры и новые материалы на основе функционализированного графена и мультиграфена для электронных приложений».

Пресс-служба ИФП СО РАН
Автор фото: Виктор Яковлев

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

Источники

Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти
Наука в Сибири (sbras.info), 12/11/2019
В Новосибирске разработали композитный материал, подходящий для создания гибкой электроники
SMIonline (so-l.ru), 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Новосибирские новости (nscn.ru), 12/11/2019
Новый материал позволит сделать мобильные телефоны гибкими
ТАСС, 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Новости@Rambler.ru, 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
РИА Новости, 12/11/2019
Гибкие элементы памяти сделают из композитов
Pcnews.ru, 12/11/2019
Гибкие элементы памяти сделают из композитов
Популярная механика (popmech.ru), 12/11/2019
Гибкие элементы памяти сделают из композитов
SMIonline (so-l.ru), 12/11/2019
В Новосибирске разработали композитный материал, подходящий для создания гибкой электроники
Inline.ru, 12/11/2019
Новосибирские ученые создали принципиально новый материал для памяти гаджетов
ЧС Инфо (4s-info.ru), 13/11/2019
Композиты и графен: в РФ разработали скоростные эластичные элементы памяти
Экономическое обозрение (finobzor.ru), 12/11/2019
Российские ученые разработали скоростные эластичные элементы памяти
Политэксперт (politexpert.net), 12/11/2019
Российские ученые разработали скоростные эластичные элементы памяти
Горячая линия ДНР (dnr-hotline.ru), 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Новости России и Мира (novostidny.ru), 12/11/2019
В Новосибирске создали материал для элементов памяти гибкой электроники
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru), 12/11/2019
Сибирские ученые разработали композитный материал для гибкой электроники
MediaPotok (potokmedia.ru), 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Kyivweekly.com, 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Novostival.ru, 12/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Mukola.net, 12/11/2019
Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти
Российская академия наук (ras.ru), 12/11/2019
Новые мемристоры. Российские ученые разработали скоростные эластичные элементы памяти
Наука и Техника (naukatehnika.com), 13/11/2019
Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти
Infopro54.ru, 13/11/2019
Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти
Seldon.News (news.myseldon.com), 13/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
АСК (prom-ask.ru), 13/11/2019
Сверхбыструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 13/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
RussiaGoodNews.ru, 13/11/2019
Новый материал для гибкой электроники - от выпускников НГТУ НЭТИ и ТГУ
Новосибирский государственный технический университет (nstu.ru), 13/11/2019
Сверхбыструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые
Новости России (news-life.ru), 13/11/2019
Очень быструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 13/11/2019
Новосибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 13/11/2019
Новосибирские ученые создали новый материал для гибкой электроники
Поиск (poisknews.ru), 13/11/2019
Новый материал для гибкой электроники - от выпускников НГТУ НЭТИ и ТГУ
Пульс кадровой индустрии (hrpuls.ru), 13/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
News2 (news2.ru), 13/11/2019
Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники
Lenta-7day.ru, 13/11/2019
В ИФП СО РАН разработали материал для создания гибких элементов памяти
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 13/11/2019
Сибирские физики получили материал для гибких элементов памяти
Наука 2.0 (naukatv.ru), 13/11/2019
Новый материал для гибкой электроники - от выпускников НГТУ НЭТИ и ТГУ
Международный промышленный портал (promvest.info), 13/11/2019
Российские ученые разработали новый материал для гибкой электроники
Казанский городской портал (cod16.ru), 13/11/2019
Новосибирские ученые создали гибкие элементы памяти из наноматериалов
ГТРК Новосибирск, 14/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Elec.ru, 14/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Крепежи и метизы: производство и поставки (muzhzdrav.ru), 14/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Торговое оборудование: производство (novinki-tiande.ru), 14/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Компрессоры: производство и поставки (transport-trust.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
GSM-сигнализация (adventus-tour.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Геосинтетика: производство и поставки (odin-agent.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
СПЕЦТЕХНИКА: производство и поставки (dragon-chelny.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Производство лабораторного оборудования (salon-cherish.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Спецодежда: производство и поставки (lubyanka007.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
GSM-сигнализация: производство и поставки (tortoy.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Торговое оборудование. Производство (akubookapa.ru), 15/11/2019
Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники
Лабоборудование (playoflight.ru), 15/11/2019
Сверхбыструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые
Новости Новосибирска (novosibirsk-news.net), 15/11/2019
Сибирские ученые изобрели гибкие "флешки"
Ньюс.ру (news.ru), 16/11/2019
Сибирские ученые изобрели гибкие "флешки"
Новости@Rambler.ru, 16/11/2019
Новосибирские ученые создали гибкие элементы памяти из наноматериалов: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 16/11/2019
Разработан композитный материал для гибких элементов памяти
Индикатор (indicator.ru), 16/11/2019
Разработан композитный материал для гибких элементов памяти
Новости@Rambler.ru, 16/11/2019
Разработан композитный материал для гибких элементов памяти
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/11/2019
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 18/11/2019
Разработан композитный материал для гибких элементов памяти
Nanonewsnet.ru, 20/11/2019
В ИФП СО РАН создали материал для элементов памяти гибкой электроники
Научная Россия (scientificrussia.ru), 22/11/2019
В ИФП СО РАН создали материал для элементов памяти гибкой электроники
1k.com.ua, 22/11/2019

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.
    594
  • 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.
    1011
  • 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.
    821
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    1012
  • 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.
    2055
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    2282
  • 04/07/2019

    Сибирские ученые создают ветряк для нагревания воды

    ​Сибирские ученые создают ветрогенератор, который может работать при низкой скорости ветра и нагревать воду практически без потерь благодаря преобразованию механической энергии воздушного потока непосредственно в тепловую энергию.
    873
  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    811
  • 01/03/2018

    Исследования группы российских ученых помогут при изучении новых полимерных материалов

    ​Ученые из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и  Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (НТЦУП РАН), подведомственных ФАНО России, совместно с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) провели серию экспериментов по исследованию термостимулированных поверхностных плазмон-поляритонов (ТППП).
    1057
  • 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.
    960