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. 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.

 

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.

 

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

В Новосибирске разработали композитный материал, подходящий для создания гибкой электроники

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Новый материал позволит сделать мобильные телефоны гибкими

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Гибкие элементы памяти сделают из композитов

Гибкие элементы памяти сделают из композитов

Гибкие элементы памяти сделают из композитов

В Новосибирске разработали композитный материал, подходящий для создания гибкой электроники

Новосибирские ученые создали принципиально новый материал для памяти гаджетов

Композиты и графен: в РФ разработали скоростные эластичные элементы памяти

Российские ученые разработали скоростные эластичные элементы памяти

Российские ученые разработали скоростные эластичные элементы памяти

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

В Новосибирске создали материал для элементов памяти гибкой электроники

Сибирские ученые разработали композитный материал для гибкой электроники

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти

Новые мемристоры. Российские ученые разработали скоростные эластичные элементы памяти

Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти

Сибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Сверхбыструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Новый материал для гибкой электроники - от выпускников НГТУ НЭТИ и ТГУ

Сверхбыструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые

Очень быструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые

Новосибирские ученые разработали материал для создания гибких элементов памяти

Новосибирские ученые создали новый материал для гибкой электроники

Новый материал для гибкой электроники - от выпускников НГТУ НЭТИ и ТГУ

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

Сибирские ученые создали композитный материал для гибкой электроники

В ИФП СО РАН разработали материал для создания гибких элементов памяти

Сибирские физики получили материал для гибких элементов памяти

Новый материал для гибкой электроники - от выпускников НГТУ НЭТИ и ТГУ

Российские ученые разработали новый материал для гибкой электроники

Новосибирские ученые создали гибкие элементы памяти из наноматериалов

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Выпускники НГТУ НЭТИ и ТГУ создали новый материал для гибкой электроники

Сверхбыструю память для гибкой электроники создали новосибирские ученые

Сибирские ученые изобрели гибкие "флешки"

Сибирские ученые изобрели гибкие "флешки"

Новосибирские ученые создали гибкие элементы памяти из наноматериалов: Яндекс.Новости

Разработан композитный материал для гибких элементов памяти

Разработан композитный материал для гибких элементов памяти

Разработан композитный материал для гибких элементов памяти

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук

Разработан композитный материал для гибких элементов памяти

В ИФП СО РАН создали материал для элементов памяти гибкой электроники

В ИФП СО РАН создали материал для элементов памяти гибкой электроники

Сибирские ученые разработали композитный материал, подходящий для создания гибкой электроники

Похожие новости

19/02/2020

Новосибирские ученые создали наноэлементы для посткремниевой электроники и нейрокомпьютеров

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.

650

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.

1079

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.

1221

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.

384

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.

2363

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.

1445

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.

2699

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.

1217

29/01/2020

Новосибирские ученые исследуют действие холодной плазмы на раковые клетки

Совместный проект Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института теоретической и прикладной механики СО РАН направлен на развитие оригинального метода противораковой терапии с использованием холодной плазменной струи.

631

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).

1299