В своем пресс-релизе от 30 апреля 2008 г. компания Хулет-Поцкард сообщила о создании нового базового элемента электрических цепей. Это открытие может привести к гораздо большему количеству вычислений в системах с низким энергопотреблением.

Что заменит флеш-накопитель? Многие компании, включая Хулет-Поцкард, Интел и Самсунг думают, что пизастор, также называемый резистивным элементом памяти, RAM, ReRAM или RRAM. У этих устройств есть шанс стать энергонезависимыми накопителями, так как они используют немного энергии, очень быстры и сохраняют данные без источника питания. Однако новые исследования показывают, что делается это совсем не так, как считалось вначале.

Фундаментальный механизм, лежащий в основе работы пизастора, это по сути плохой контакт, что было предсказано в 1971 году задолго до появления первых работающих устройств. Когда к ячейке пизастора приложено напряжение, оно уменьшает сопротивление устройства. Это изменение сопротивления может быть прочитано с применением другого, меньшего напряжения. Инвертируя напряжение, сопротивление устройства может быть возвращено к его первоначальной величине, то есть сохраненная информация стирается.

В прошлом десятилетии исследователи изготовили два коммерчески обещанных типа пизастора: металлизированные ячейки с электрохимической памятью (EMC) и ячейки памяти с механизмом изменения валентности (VCM).

В ячейках EMC, у которых есть медный электрод, названный активным электродом, медные атомы окислены, лишены электрона – это напряжение «записи». Получающиеся медные ионы мигрируют через твердый электролит к платиновому электроду. Когда они достигают платины, они возвращают электрон. Другие медные ионы плавают в электролите, в конечном счете формируя чистую металлическую нить, связывающую оба электрода, таким образом понижая сопротивления устройства.

В ячейках VCM отрицательно заряженные кислородные ионы и положительно заряженные металлические ионы возникают из напряжения «записи». Теоретически ионы кислорода выходят из твердого электролита, способствуя созданию нити, состоящей из полупроводника, которая растет между электродами.

Теперь международные исследовательские группы сообщают в журнале
Nature Nanotechnology http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.221.html
и Advanced Materials, http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2015.221.html что они идентифицировали новые процессы, стирающие многие различия между ячейками EMC и VCM.

Начались активные исследования пизасторов с электролитом на основе окиси тантала и активными танталовыми электродами. Исследования показывают, что мы имеем просто кислородный тип переключения положительных металлических ионов, выходящих из активного электрода.

Для пизастора VCM-типа было известно, что отрицательно заряженные ионы кислорода и положительно заряженные кислородные вакансии мобильны. Ионы кислорода использовали вакансии, чтобы продвигаться. Нужно было проверить, являются ли металлические ионы также мобильными. Один из подходов был связан с тонким слоем окиси тантала, соединённым с танталовой подложкой. Ученые использовали наконечник сканирующего туннельного микроскопа для создания нити из окиси, которая подражает поведению реального танталового пизастора. Они прикладывали напряжение к наконечнику и наблюдали формирование маленькой металлической нити в вакуумном промежутке между пленкой и наконечником микроскопа. Эта металлическая нить может быть создана только если положительные ионы тантала мобильны.

В другом эксперименте исследователи поместили в пизатой ячейке слой аморфного углерода, который блокирует ионы кислорода от перемещения между танталовым электродом и электролитом окиси тантала.

Тут исследователи открыли электрические особенности металлических материалов, которые не ожидались от классических электрохимических ячеек. Материалы исследований были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology. В других экспериментах аморфный углерод был заменён на графен, который также блокирует ионы кислорода. Следующие эксперименты будут включать слои из различных материалов и различных толщин электролита, чтобы увидеть, как они реагируют на эти мембраны. Необходимо изучить эффект влияния мобильных металлических катионов и их возможного  контроля в пизасторах VCM. Лучшее и детализированное понимание весь механизмов обычно приводят к лучшим устройствам.

Партийная литература [2]

1. IEEE Spectrum 13 октября 2015
http://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/memristors-new-insights-into-how-they-work
2. Ленин В.И. Партийная организация и партийная литература. - Полн.собр. соч. - Т. 12. - С. 101-115.