Ученые МГУ в 1,5 раза повысили "выносливость" мемристоров для нейроморфных компьютеров будущего

Память будущего в каждом переключении

Специалисты Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" улучшили характеристики элементов, способных стать базой для нейроморфных компьютеров. Такие компьютерные системы имитируют функционирование биологических нейронных сетей. В рамках данного проекта учёные смогли увеличить число циклов переключения этих особых резисторов в полтора раза.

Отличие мемристоров от обычных резисторов заключается в том, что их сопротивление зависит от того, как электрический ток проходил через них ранее. Благодаря этому свойству, мемристоры способны "запоминать" и менять информацию, напоминая по функции нервные окончания.

Группы исследователей из физического факультета МГУ, Института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ, а также специалисты Курчатовского института нашли метод улучшения характеристик этих устройств путём воздействия на них альфа-частицами.

Сотрудниками МГУ был предложен метод управляемого дефектообразования с помощью радиационного воздействия на структуру мемристора. Воздействие альфа-излучения на мемристоры привело к значительному улучшению их характеристик. После облучения количество устойчивых резистивных состояний увеличилось почти в три раза, а отношение сопротивлений в высоко- и низкоомном состоянии - более чем в два раза. Кроме того, увеличилась и "выносливость" устройства: число циклов переключений возросло в полтора раза.

Излучение вызвало появление дефектов в слое оксида титана внутри этих устройств. Эти дефекты помогали формировать проводящие каналы, когда электрический ток проходил через материал. Создание таких "затравок" для каналов было управляемым: дефекты формировались в определённых местах и в заданной дозе, что отличается от случайного распределения, которое наблюдается в стандартных образцах.

Полученные данные важны для дальнейшего развития нейроморфных систем - это вычислительные архитектуры, которые повторяют работу человеческого мозга.

Значимость этого открытия прокомментировал Александр Ильин, который является доцентом кафедры общей физики и наноэлектроники физического факультета МГУ и одним из авторов данной работы:

Чем больше стабильных состояний может хранить мемристор, тем выше его "пластичность" - способность к обучению, аналогичная синаптической пластичности в нейронах. Это делает такие устройства перспективными для реализации многослойных нейросетей на аппаратном уровне.

Работа была выполнена в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ "Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина". Результаты этого исследования появились в научном журнале Applied Physics Letters.