Исследователи из США разработали простое в изготовлении надежное наноразмерное устройство, которое может имитировать взаимодействие нейронов мозга между собой.

Двухполюсное электронное устройство, известное как мемристор (от «memory» – память и «resistor» – резистор), похоже на биологический синапс тем, что его электропроводность может быть весьма точно изменена за счет регулировки протекающего через него заряда. Исследователи обнаружили, что изменение способа введения ионов серебра в устройства на основе кремния может существенно увеличить их производительность.

Вей Лю (Wei Lu) из Университета Мичигана отмечает, что сопротивление мемристора контролируется за счет его «памяти» о силе тока и напряжении, действовавшем на него. Он добавляет, что мемристоры могут применяться для такого способа создания компьютера, которым пользуется природа для построения мозга.

Первый мемристор был получен в 2008 году на основе оксида титана, однако электронные устройства из этого материала сложно интегрировать с традиционными кремниевыми компьютерными схемами.

Мемристоры на основе кремния были разработаны позднее, и для таких устройств характерно скачкообразное изменение сопротивления. Исследователи из группы Лю разработали кремниевые мемристоры, отличающиеся лучшими статическими и динамическими электронными характеристиками. Лю заявляет, что новые устройства позволяют осуществлять лучшую имитацию биологических систем, так как отличаются постепенным изменением свойств и в большей степени могут быть подвержены внешнему контролю.

Мемристор характеризуется ионной проводимостью, сопротивление устройства меняется по мере перемещения свободных ионов. В разработанные ранее мемристоры ионы серебра вводились в кремний за счет электрода, контактирующего с кремниевым кристаллом. К сожалению, такой метод приводит к созданию локальных каналов проводимости, которые обуславливают скачкообразные изменения электрических свойств.

В группе Лю предложили вводить ионы серебра в кремниевый мемристор с помощью совместного распыления. С помощью аргоновой плазмы исследователи переносили атомы из образцов чистого серебра и кремния в вакуумную камеру, в которой содержались частично изготовленные мемристоры. Эти атомы осаждались на заготовки устройств, образуя пленку толщиной в 20–30 нм, при этом соотношение кремния и серебра можно легко контролировать. Полученные с помощью напыления устройства могут выдержать до 150 миллионов циклов перезаписи.

Мемристоры могут подражать работе синапсов из-за того, что синаптические связи двух нейронов аналогичным образом усиливаются или ослабевают в зависимости от возбуждения нейрона. Лю продемонстрировал, что полученные в его группе мемристоры играют такую же роль для обычной кремниевой электронной схемы, что и синапсы для нейронной сети, увеличивая и уменьшая свое сопротивление.

Надин Гергель-Хакетт (Nadine Gergel-Hackett), специалист по технологии мемристоров из Национального Института Стандартов и Технологий США высоко оценивает работу исследователей из Мичигана по успешному созданию аналога синапса головного мозга. Она добавляет, что работа является шагом вперед в разработке компьютеров, чья работа будет основана на аналогии с биологическими системами.