Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Wawasan baru ke dalam perangkat memristive dengan menggabungkan feroelektrik dan graphene yang baru jadi – ScienceDaily


Para ilmuwan sedang mengerjakan materi baru untuk membuat komputer neuromorfik, dengan desain yang didasarkan pada otak manusia. Komponen penting adalah perangkat memristive, yang resistensinya bergantung pada riwayat perangkat – seperti halnya respons neuron kita bergantung pada masukan sebelumnya. Ilmuwan material dari Universitas Groningen menganalisis perilaku strontium titanium oksida, bahan platform untuk penelitian memristor dan menggunakan bahan graphene 2D untuk menyelidikinya. Pada 11 November 2020, hasilnya dipublikasikan di jurnal Bahan dan Antarmuka Terapan ACS.

Komputer adalah kalkulator raksasa, penuh dengan sakelar yang memiliki nilai 0 atau 1. Menggunakan banyak sistem biner ini, komputer dapat melakukan penghitungan dengan sangat cepat. Namun, dalam hal lain, komputer tidak terlalu efisien. Otak kita menggunakan lebih sedikit energi untuk mengenali wajah atau melakukan tugas kompleks lainnya daripada mikroprosesor standar. Itu karena otak kita terdiri dari neuron yang dapat memiliki banyak nilai selain 0 dan 1 dan karena keluaran neuron bergantung pada masukan sebelumnya.

Lowongan oksigen

Untuk membuat memristor, sakelar dengan memori peristiwa masa lalu, strontium titanium oksida (STO) sering digunakan. Bahan ini adalah perovskit, yang struktur kristalnya bergantung pada suhu, dan dapat menjadi feroelektrik yang baru jadi pada suhu rendah. Perilaku feroelektrik hilang di atas 105 Kelvin. Domain dan dinding domain yang menyertai transisi fase ini menjadi subjek penelitian aktif. Namun, masih belum sepenuhnya jelas mengapa material tersebut berperilaku seperti itu. ‘Ini adalah liga tersendiri,’ kata Tamalika Banerjee, Profesor Spintronics of Functional Material di Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen.

Atom oksigen dalam kristal tampaknya menjadi kunci perilakunya. ‘Kekosongan oksigen dapat berpindah melalui kristal dan cacat ini penting,’ kata Banerjee. Selanjutnya, dinding domain hadir dalam material dan mereka bergerak ketika tegangan diberikan padanya. Banyak penelitian telah berusaha untuk mencari tahu bagaimana ini terjadi, tetapi melihat ke dalam materi ini rumit. Namun, tim Banerjee berhasil menggunakan bahan lain yang memiliki liga tersendiri: graphene, lembaran karbon dua dimensi.

Daya konduksi

‘Sifat graphene ditentukan oleh kemurniannya,’ kata Banerjee, ‘sedangkan sifat STO muncul dari ketidaksempurnaan dalam struktur kristal. Kami menemukan bahwa menggabungkan mereka mengarah pada wawasan dan kemungkinan baru. ‘ Banyak dari pekerjaan ini dilakukan oleh mahasiswa PhD Banerjee Si Chen. Dia menempatkan strip graphene di atas serpihan STO dan mengukur konduktivitas pada suhu yang berbeda dengan menyapu tegangan gerbang antara nilai positif dan negatif. “ Ketika ada kelebihan elektron atau lubang positif, yang diciptakan oleh tegangan gerbang, graphene menjadi konduktif, ” jelas Chen. “Tetapi pada titik di mana terdapat sejumlah kecil elektron dan lubang, titik Dirac, konduktivitas terbatas.”

Dalam keadaan normal, posisi konduktivitas minimum tidak berubah dengan arah sapuan tegangan gerbang. Namun, pada strip graphene di atas STO, terdapat pemisahan besar antara posisi konduktivitas minimum untuk sapuan maju dan sapuan mundur. Efeknya sangat jelas pada 4 Kelvin, tetapi kurang terlihat pada 105 Kelvin atau pada 150 Kelvin. Analisis hasil, bersama dengan studi teoritis yang dilakukan di Universitas Uppsala, menunjukkan bahwa kekosongan oksigen di dekat permukaan STO bertanggung jawab.

Penyimpanan

Banerjee: ‘Transisi fase di bawah 105 Kelvin meregangkan struktur kristal, menciptakan dipol. Kami menunjukkan bahwa kekosongan oksigen terakumulasi di dinding domain dan dinding ini menawarkan saluran untuk pergerakan kekosongan oksigen. Saluran ini bertanggung jawab atas perilaku memristif di STO. ‘ Akumulasi saluran kekosongan oksigen pada struktur kristal STO menjelaskan pergeseran posisi konduktivitas minimum.

Chen juga melakukan eksperimen lain: ‘Kami menjaga tegangan gerbang STO pada -80 V dan mengukur resistansi di graphene selama hampir setengah jam. Dalam periode ini, kami mengamati perubahan resistansi, yang menunjukkan pergeseran dari lubang ke konduktivitas elektron. ‘ Efek ini terutama disebabkan oleh akumulasi kekosongan oksigen di permukaan STO.

Secara keseluruhan, percobaan menunjukkan bahwa sifat material STO / graphene gabungan berubah melalui pergerakan elektron dan ion, masing-masing pada skala waktu yang berbeda. Banerjee: ‘Dengan memanen satu atau lainnya, kita dapat menggunakan waktu respons yang berbeda untuk menciptakan efek memristive, yang dapat dibandingkan dengan efek memori jangka pendek atau jangka panjang.’ Studi ini menciptakan wawasan baru tentang perilaku anggota STO. ‘Dan kombinasi dengan graphene membuka jalan baru menuju heterostruktur memristive yang menggabungkan material feroelektrik dan material 2D.’

Sumber Cerita:

Materi disediakan oleh Universitas Groningen. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney