p Os cientistas estão trabalhando em novos materiais para criar computadores neuromórficos com um design baseado no cérebro humano. Um componente crucial é um dispositivo memristivo, cuja resistência depende da história do dispositivo - assim como a resposta dos neurônios depende da entrada anterior. Cientistas de materiais da Universidade de Groningen analisaram o comportamento do óxido de estrôncio e titânio, um material de plataforma para pesquisa de memristor e usou o material 2-D grafeno para sondá-lo. Em 11 de novembro de 2020, os resultados foram publicados na revista Materiais e interfaces aplicados ACS . p Computadores baseados em opções que têm um valor de 0 ou 1. Usando muitos desses sistemas binários, os computadores podem realizar cálculos muito rapidamente. Contudo, em outros aspectos, os computadores não são muito eficientes. Os cérebros usam menos energia para reconhecer rostos ou executar outras tarefas complexas do que um microprocessador padrão. Isso ocorre porque o cérebro é composto de neurônios que podem ter muitos valores diferentes de 0 e 1 e porque a saída dos neurônios depende da entrada anterior.

p Vagas de oxigênio

p Para criar memristores, muda com uma memória de eventos passados, óxido de estrôncio e titânio (STO) é freqüentemente usado. Este material é um perovskita, cuja estrutura cristalina depende da temperatura e pode se tornar um ferroelétrico incipiente em baixas temperaturas. O comportamento ferroelétrico é perdido acima de 105 Kelvin. Os domínios e as paredes de domínio que acompanham essas transições de fase são objeto de pesquisas ativas. No entanto, ainda não está totalmente claro por que o material se comporta dessa maneira. "É uma liga própria, "diz Tamalika Banerjee, professor de spintrônica de materiais funcionais no Zernike Institute for Advanced Materials, Universidade de Groningen.

p Os átomos de oxigênio no cristal parecem ser a chave para seu comportamento. "As vacâncias de oxigênio podem se mover através do cristal e esses defeitos são importantes, "diz Banerjee." Além disso, paredes de domínio estão presentes no material e se movem quando uma tensão é aplicada a ele. "Numerosos estudos têm procurado descobrir como isso acontece, mas olhar dentro deste material é complicado. Contudo, A equipe de Banerjee conseguiu usar outro material que está em uma categoria própria:grafeno, a folha de carbono bidimensional.

p Condutividade

p "As propriedades do grafeno são definidas por sua pureza, "diz Banerjee, "Considerando que as propriedades do STO surgem de imperfeições na estrutura do cristal. Descobrimos que combiná-las leva a novos insights e possibilidades." Muito desse trabalho foi realizado pelo Ph.D. de Banerjee. estudante Si Chen. Ela colocou tiras de grafeno no topo de um floco de STO e mediu a condutividade em diferentes temperaturas, varrendo a tensão de uma porta entre os valores positivos e negativos. "Quando há excesso de elétrons ou de buracos positivos, criado pela tensão da porta, o grafeno se torna condutor, "Chen explica." Mas no ponto em que existem quantidades muito pequenas de elétrons e lacunas, o ponto Dirac, a condutividade é limitada. "

p Em circunstâncias normais, a posição de condutividade mínima não muda com a direção de varredura da tensão da porta. Contudo, nas tiras de grafeno no topo do STO, há uma grande separação entre as posições de condutividade mínima para a varredura para frente e para trás. O efeito é muito claro em 4 Kelvin, mas menos pronunciado em 105 Kelvin ou em 150 Kelvin. Análise dos resultados, juntamente com estudos teóricos realizados na Universidade de Uppsala, mostra que as lacunas de oxigênio perto da superfície do STO são responsáveis.

p Memória

p Banerjee:"As transições de fase abaixo de 105 Kelvin alongam a estrutura do cristal, criando dipolos. Mostramos que as lacunas de oxigênio se acumulam nas paredes do domínio e que essas paredes oferecem o canal para a movimentação das lacunas de oxigênio. Esses canais são responsáveis ​​pelo comportamento memristivo no STO. "O acúmulo de canais de vacância de oxigênio na estrutura cristalina do STO explica a mudança na posição da condutividade mínima.

p Chen também realizou outro experimento:"Mantivemos a tensão da porta STO em -80 V e medimos a resistência no grafeno por quase meia hora. Nesse período, observamos uma mudança na resistência, indicando uma mudança de orifício para condutividade de elétrons. "Este efeito é causado principalmente pelo acúmulo de vazios de oxigênio na superfície do STO.

p Contudo, os experimentos mostram que as propriedades do material combinado STO / grafeno mudam através do movimento de elétrons e íons, cada um em diferentes escalas de tempo. Banerjee:"Ao colher um ou outro, podemos usar os diferentes tempos de resposta para criar efeitos memristivos, que podem ser comparados aos efeitos de memória de curto ou longo prazo. "O estudo cria novos insights sobre o comportamento dos memristores STO." E a combinação com o grafeno abre um novo caminho para heteroestruturas memristivas combinando materiais ferroelétricos e materiais 2-D . "