طراحی ممریستور از جنس گرافن برای شبیه‌سازی حافظه کوتاه‌مدت

برای ایجاد ممریستورها، سوئیچ‌هایی با توانایی حفظ خاطره‌های گذشته ، اغلب از اکسید تیتانیوم استرانسیم (STO) استفاده می‌شود. این ماده یک ترکیب پروسکیت بوده که ساختار بلوری آن به دما بستگی دارد، به طوری که در دماهای پایین می‌تواند به یک ماده فرو الکتریک اولیه تبدیل شود. با این حال این رفتار فروالکتریکی در بالاتر از دمای 105 کلوین از بین رفته می‌رود.

تامالیکا بانرجی، استاد اسپینترونیک مواد کاربردی در موسسه مواد پیشرفته زرنیکه، دانشگاه گرونینگن، می‌گوید: «این ماده دنیای خاص خودش را دارد. به نظر می رسد اتم‌های اکسیژن موجود در این ماده نقش کلیدی در رفتار آن دارد. جای خالی اکسیژن می تواند درون ساختار بلور حرکت کند و این نقص‌های ساختاری اهمیت زیادی دارند. علاوه براین، دیواره‌های دامنه در این مواد وجود دارند که با اعمال ولتاژ، حرکت می کنند.»

وی می‌افزاید: «ویژگی‌های گرافن با خلوص آن تعریف می شود، در حالی که خواص STO از نقص ساختار بلوری آن نشات می‌گیرد. ما دریافتیم که ترکیب آنها منجر به بینش و فرصت‌های جدیدی می‌شود.»

قرار دادن نوارهای گرافن روی سطح یک ورقه STO و اندازه‌گیری رسانایی آن در دماهای مختلف با جابجایی ولتاژ دروازه بین مقادیر مثبت و منفی، پتانسیل‌های کاربردی برای محققان این پروژه به ارمغان آورده است.

 سی چن، از محققان این پروژه می‌گوید: «زمانی که الکترون یا حفره به صورت مازاد ایجاد شود، ولتاژ گیت به وجود می‌آید و گرافن رسانا می شود.اما در نقطه ای که مقدار بسیار کمی الکترون و حفره وجود دارد، نقطه دیراک، رسانایی محدود است.»

در شرایط عادی، کمینه موقعیت هدایت با جهت جارو کردن ولتاژ گیت تغییر نمی‌کند. با این حال، در نوارهای گرافن که روی سطح STO قرار دارند، یک شکاف بزرگ میان کمینه موقعیت‌های هدایت برای جاروی کردن به سوی جلو و برگشت آن وجود دارد. این اثر در 4 کلوین کاملاً مشهود است، اما در 105 کلوین یا کمتر از آن، چندان قابل تشخیص نیست.

آزمایش‌ها نشان می دهد که ویژگی‌های ترکیب STO / گرافن از طریق حرکت الکترون و یون، هر کدام در مقیاس‌های زمانی مختلف تغییر می‌کنند.

 بنرجی می‌گوید: «با داشتن هر یکی از این دو یعنی الکترون یا حفره، می توانیم از زمان‌های مختلف پاسخ برای ایجاد جلوه‌های یادآوری استفاده کنیم. این پدیده می تواند با حافظه کوتاه مدت یا بلند مدت مقایسه شود.»

این مطالعه بینش جدیدی در مورد رفتار مموریست‌های STO ایجاد می‌کند. ترکیب اکسید تیتانیوم استرانسیم با گرافن راهی جدید به  سوی تولید ساختارهایی است که می‌تواند نقش خاطره را در تراشه‌ها ایجاد کند.