Na corrida para construir um computador que imite o enorme poder computacional do cérebro humano, pesquisadores estão cada vez mais se voltando para memristors, que pode variar sua resistência elétrica com base na memória de atividades anteriores. Cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) revelaram agora o misterioso funcionamento interno desses elementos semicondutores, que pode atuar como a memória de curto prazo das células nervosas.

Assim como a capacidade de uma célula nervosa de sinalizar outra depende da frequência com que as células se comunicaram no passado recente, a resistência de um memristor depende da quantidade de corrente que recentemente fluiu por ele. Além disso, um memristor retém essa memória mesmo quando a energia elétrica é desligada.

Mas, apesar do grande interesse em memristors, os cientistas carecem de uma compreensão detalhada de como esses dispositivos funcionam e ainda precisam desenvolver um conjunto de ferramentas padrão para estudá-los.

Agora, Os cientistas do NIST identificaram esse conjunto de ferramentas e o usaram para investigar mais profundamente como os memristores operam. Suas descobertas podem levar a uma operação mais eficiente dos dispositivos e sugerir maneiras de minimizar o vazamento de corrente.

Brian Hoskins do NIST e da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, junto com os cientistas do NIST Nikolai Zhitenev, Andrei Kolmakov, Jabez McClelland e seus colegas do NanoCenter da Universidade de Maryland em College Park e do Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento em Microtecnologias em Bucareste, relatou as descobertas em um recente Nature Communications .

Para explorar a função elétrica dos memristores, a equipe mirou um feixe de elétrons fortemente focalizado em diferentes locais em um memristor de dióxido de titânio. O feixe liberou alguns dos elétrons do dispositivo, que formaram imagens ultra-nítidas desses locais. O feixe também induziu quatro correntes distintas a fluir dentro do dispositivo. A equipe determinou que as correntes estão associadas às múltiplas interfaces entre os materiais no memristor, que consiste em duas camadas de metal (condutoras) separadas por um isolador.

"Nós sabemos exatamente de onde vem cada uma das correntes porque estamos controlando a localização do feixe que está induzindo essas correntes, "disse Hoskins.

Na imagem do dispositivo, a equipe encontrou vários pontos escuros - regiões de condutividade aprimorada - que indicavam locais onde a corrente pode vazar do memristor durante sua operação normal. Essas vias de vazamento residiam fora do núcleo do memristor - onde ele alterna entre os níveis de resistência baixo e alto que são úteis em um dispositivo eletrônico. A descoberta sugere que a redução do tamanho de um memristor pode minimizar ou mesmo eliminar algumas das vias de corrente indesejadas. Embora os pesquisadores suspeitassem que poderia ser o caso, eles careciam de orientação experimental sobre o quanto reduzir o tamanho do dispositivo.

Como as vias de vazamento são minúsculas, envolvendo distâncias de apenas 100 a 300 nanômetros, "você provavelmente não começará a ver algumas melhorias realmente grandes até que você reduza as dimensões do memristor nessa escala, "Disse Hoskins.

Para sua surpresa, a equipe também descobriu que a corrente que se correlacionou com a mudança de resistência do memristor não veio do material de comutação ativo, mas a camada de metal acima dela. A lição mais importante do estudo do memristor, Hoskins observou, "é que você não pode apenas se preocupar com a chave resistiva, o ponto de comutação em si, você tem que se preocupar com tudo ao seu redor. "O estudo da equipe, ele adicionou, "é uma maneira de gerar uma intuição muito mais forte sobre o que pode ser uma boa maneira de projetar memristores."

Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.