Российский учёный Геннадий Панин из Российской академии наук представил масштабный обзор, посвящённый использованию графеноподобных материалов в создании мемристоров нового поколения. Работа опубликована в журнале Nanoenergy Advances и описывает путь к радикальному снижению энергопотребления систем искусственного интеллекта.
Мемристор — это электрический элемент, сопротивление которого зависит от величины тока, протекавшего через него в прошлом. Он “запоминает” эту историю даже после отключения питания, что позволяет хранить данные без постоянного энергоснабжения. По принципу работы мемристоры напоминают нейроны и синапсы человеческого мозга.
Ключевое преимущество мемристоров из двумерных материалов (толщиной всего в несколько атомов) — возможность настройки их электрических свойств за счёт модификации молекулярной структуры. В графене и подобных материалах можно создавать нелинейное поведение, при котором ток не увеличивается пропорционально приложенному напряжению. Эта нелинейность необходима для стабильного хранения информации и переключения между различными уровнями сопротивления.
Панин рассматривает широкий спектр материалов: от оксида графена до диамана (двумерной алмазоподобной фазы углерода) и многослойных халькогенидов. В этих структурах электрический ток может вызывать частичное перераспределение атомных решёток, переводя материал из хорошо проводящего состояния в менее проводящее. Добавление кислородсодержащих групп снижает проводимость, а их удаление — восстанавливает её.
Особый интерес представляют фазовые переходы, вызванные светом в широком диапазоне длин волн. Оптически управляемый переключатель позволяет создавать устройства, которые одновременно воспринимают и запоминают информацию — подобно живым системам, обрабатывающим световые сигналы.
Встраивание памяти непосредственно в молекулярную структуру элементов схем позволит выполнять такие же быстрые и мощные вычисления, как современные архитектуры, но при гораздо меньшем энергопотреблении. Это открывает путь к устойчивым приложениям: от автономных автомобилей до персонализированной разработки лекарств.
Об авторе
