Разработан первый в своем роде "растворимый" мемристор - «Наука и технологии»

Группа исследователей, в состав которой вошли исследователи из нескольких китайских университетов и нескольких университетов из Великобритании, разработали структуру и изготовили опытные образцы электронных устройств-мемристоров, которые состоят из органического белка и небольшого количества магния и вольфрама. Мемристоры - это электронные приборы, имеющие два электрода, которые не только ограничивают проходящий через них ток, как обычные резисторы, но и запоминают в виде своего сопротивления силу проходившего ранее через них тока. Таким образом мемристоры являются подходящими кандидатами на использование их в качестве базовых компонентов ячеек энергонезависимой памяти и перепрограммируемых логических матриц.

Электронные схемы, исполненные на основе мемристоров некоторое время являются основой так называемой резистивной памяти (ReRAM или RRAM), которая уже выпускается в промышленных масштабах. Также эти элементы являются базой для построения нейроморфных чипов, чипов, работа которых основана на принципах функционирования головного мозга. Но, кроме всего этого, мемристоры также могут стать основой медицинских устройств и имплантатов, контролирующих функционирование различных органов организма человека и доставляющих лекарственные препараты прямо к месту назначения в случае возникновения такой необходимости.

Для того, чтобы иметь возможность использования мемристоров в биологии и медицине ученые уже некоторое время занимались разработкой этих электронных устройств на базе биологически совместимых и органических материалов, которые не вызывают никаких отрицательных и побочных эффектов в случае их введения в организм человека. Большое значение в данном случае имеет "растворимость" компонентов, что позволяет очень просто удалить и вывести из организма внедренные ранее устройства, выполнившие свою функцию. Однако, все органические и полуорганические электронные элементы обладают быстродействием и прочими электрическими параметрами, величины которых на порядки хуже, чем значения аналогичных параметров традиционных полупроводниковых компонентов.

Для создания биологически совместимого и растворимого мемристора исследователи использовали белок, известную всем прозрачную вязкую жидкость, находящуюся внутри куриного яйца. Путем высушивания из белковой жидкости была сформирована тончайшая пленка, которая использовалась в качестве диэлектрика интегральной схемы. Нанесенные поверх этой пленки магниевые и вольфрамовые электроды, выполненные в виде решетки 4 на 4, превращают это все в ячейку мемристора с достаточно неплохими характеристиками.

Полученные таким образом мемристоры работают при электрическом потенциале до 1 Вольта, соотношение состояния их высокого и низкого сопротивления составляет 100 к 1. Это соотношение гораздо больше, чем удавалось добиться во время предыдущих попыток создания мемристоров на базе органических материалов. Опытные образцы органических мемристоров сохраняли свое состояние в течение нескольких часов без каких-либо признаков потери хранимой в них информации, а принцип их работы весьма подобен процессу деградации литиевых аккумуляторных батарей и он заключается в формировании или разрушении металлических нанонитей, пронзающих слой диэлектрика и влияющих на электрическую проводимость.

В сухих условиях органические мемристоры работали более трех месяцев, но стоило только открыть доступ к ним влаге, как их органическая составляющая растворялась приблизительно за 10 часов, а оставшаяся часть растворялась за последующие 72 часа, практически не оставляя никаких следов.

Такие мемристоры и другие электронные компоненты на основе органических материалов станут в будущем основой биологически совместимых устройств, которые используются только в течение короткого периода времени. К таким устройствам можно отнести медицинские имплантаты, датчики диагностических устройств, датчики контроля состояния окружающей среды и другие устройства, которые не будет требоваться извлекать из организма или утилизировать другими способами после того, как они будут использованы по назначению.