@ 2019.09.08 , 16:00

能够忘记“记忆”的装置

大脑是终极的计算机器,所以研究人员热衷于尝试模仿它也就不足为奇了。现在,新的研究朝着这个方向迈出了有趣的一步:一种能够“忘记”记忆的装置,就像我们的大脑一样。它被称为二阶记忆电阻器(“内存”和“电阻”的混合物)。这个聪明的设计模仿了人脑突触记忆信息的方式,如果信息长时间不被访问,它就会逐渐“忘掉”这些信息。

虽然记忆电阻器目前还没有多少实际用途,但它最终可能帮助科学家开发出一种新的模拟神经计算机,这种计算机会具有大脑的一些功能。在所谓的模拟神经计算机中,芯片上的电子元件可以起到单个神经元和突触的作用。这样既可以减少计算机的能量需求,又可以加快计算速度。

目前,模拟神经计算机还处于假设阶段,因为我们需要弄清楚电子学要如何模拟突触可塑性。活跃的大脑神经突触会随着时间的推移而增强,而不活跃的神经突触会变弱。科学家们认为,这就是为什么我们可以保留一些记忆,而其它的记忆则逐渐消失。

在此研究之前,研究人员在制造记忆电阻器的尝试中使用了纳米尺寸的导电桥,这些导电桥会随着时间的推移而衰减,就像记忆会在我们的大脑中消逝一样。俄罗斯莫斯科物理技术研究所的物理学家阿纳斯塔西娅·乔普里克说道:“这种一阶记忆电阻器的问题在于,随着时间的推移,器件的行为会改变,并在长时间运行后发生故障。我们用来实现突触可塑性的机制更加可靠。事实上,在改变系统状态1000亿次之后,它仍然在正常运行,所以我的同事停止了耐力测试。”

研究小组使用了一种叫做铪氧化物的铁电材料来代替纳米脊,其极化率随外部电场的变化而变化。这意味着可以通过电脉冲来设置低电阻和高电阻的状态。铪氧化物领先于其它铁电材料是因为它已经被像英特尔这样的公司用于制造微芯片。这意味着,当模拟神经计算机的时机成熟时,引入记忆电阻器会更容易、更便宜。

乔普里克说道:“我们面临的主要挑战是找出合适的铁电层厚度,4纳米被证明是理想的。只要薄一纳米,铁电性能就消失了,而较厚的薄膜对于电子来说是一个太宽的屏障,无法通过”。实际上,“遗忘”是通过缺陷实现的,这种缺陷(硅和氧化铪之间的界面缺陷)使得基于铪的微处理器难以开发。同样,也是这种缺陷使忆阻器的导电性随着时间的推移逐渐消失。

这是一个有希望的开始,但是还有很长的路要走:例如,这些记忆装置仍然需要做得更可靠,研究小组还想要将他们的新设备应用到柔性电子产品中。研究人员表示:“我们将研究开关电阻的各种机制之间的相互作用。事实证明,铁电效应可能不是唯一的原因。为了进一步改进这些设备,我们需要区分这些机制,并学会将它们结合起来。”

sciencealert


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