Atomomskiftere:Ionisk databehandling

(PhysOrg.com) - En kritisk gennemgang af den nuværende status og fremtidsudsigter for nye computerarkitekturer baseret på 'atomomskiftere' fremstillet ved at kontrollere bevægelsen af ​​kationiske ioner under faste elektrokemiske reaktioner.

En gennemgang af nye typer af nanoenheder og computere baseret på kationisk-baserede atomswitche præsenteres Takami Hino og kolleger ved WPI Center for Materials Nanoarchitectonics ved National Institute for Materials Science (NIMS) i Tsukuba, Japan. Anmeldelsen udgives i denne måned i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

Forskerne beskriver de grundlæggende mekanismer, der styrer driften af ​​nanoioniske atomafbrydere med detaljerede eksempler på deres egne tre terminalenheder, og forudsige en lys fremtid for at integrere atomafbrydere med konventionelle siliciumenheder ved at bruge ionledende materialer.

Mekaniske atomafbrydere - betjent ved at manipulere atomer mellem en ledende overflade og spidsen af ​​et scanning tunneling mikroskop (STM) - blev først rapporteret i begyndelsen af ​​1990'erne. Disse mekaniske kontakter udløste intens interesse for udviklingen af ​​elektrisk styrede atomafbrydere, produceret ved bevægelse af kationiske ioner i faste elektrokemiske reaktioner, hvor driften af ​​kationiske atomafbrydere er styret af dannelsen af ​​en ledende kanal enten i eller på en ionisk leder.

Nu, udfordringen for forskere på dette område er fremstillingen af ​​nanoioniske enhedsstrukturer, der kan integreres med konventionelle metaloxid-silicium-halvlederenheder.

I sin enkleste konfiguration, driften af ​​en nanoionisk atomomskifter består af dannelse og opløsning af nanometerstore metalliske ledninger via en solid elektrokemisk reaktion, hvilket fører til store ændringer i modstanden mellem elektroderne - "tændt" og "slukket".

I denne anmeldelse, Hino og kolleger beskriver kontrollen af ​​sølvioner i sølvsulfid - en ionisk leder - ved hjælp af en STM-spids til at injicere elektroner for at producere sølvfremspring på overfladen af ​​sølvsulfid, og deres krympning ved at påføre en passende forspænding mellem STM-spidsen og elektroden. Vigtigt, anvendelsen af ​​en positiv skævhed mellem en sølvsulfidspids og en platinoverflade fører til vækst af sølvtråde, og en negativ skævhed førte til deres krympning. Denne bipolære kontrol er vigtig for praktiske enhedsanvendelser.

Gap-type atomafbrydere er en grundlæggende byggesten til bipolære nanoioniske enheder. Her, forskerne giver en detaljeret redegørelse for bipolar omskiftning ved brug af sølvsulfid STM-spidser og platinelektroder baseret på deres egne eksperimenter på "tværstangs"-enhedsstrukturer med et 1 nm mellemrum mellem sølvsulfid og platin, med vægt på den fysiske mekanisme, der styrer højhastighedskobling ved 1 MHz, og opdagelsen af, at koblingstiden falder eksponentielt med stigende forspænding. Forfatterne understreger, at udviklingen af ​​en reproducerbar metode til fremstilling af "tværstangs"-enheder var et stort gennembrud, som muliggjorde den første demonstration af nanoioniske kredsløb såsom logiske porte.

Med henblik på praktiske anvendelser af atomafbrydere, forfatterne giver eksempler på avancerede atomafbrydere, herunder enheder af spaltefri type bestående af metal/ioniske ledere/metalstrukturer, hvor det ene af metallerne er elektrokemisk aktivt og det andet inert. Især nylige rapporter om brugen af ​​metaloxider som ioniske ledere har tilføjet yderligere momentum til kommercialisering af enheder.

Især spalteløse atomomskiftere fungerer også som såkaldte 'memristorer' (hukommelsesmodstande) - passive to-terminale multi-state hukommelsesenheder - hvor størrelsen af ​​nanotrådens fremspring styrer driftsegenskaberne.

Andre avancerede atomafbrydere omfatter:tre terminalenheder såsom strukturer med en fast kobbersulfidelektrolyt, hvor dannelsen af ​​en kobberbro mellem en platinkildeelektrode og kobberdrænelektrode styres af en kobberportelektrode; og fotoassisterede atomafbrydere, som ikke kræver nanogaps, og nanotrådsfremspring dyrkes ved optisk bestråling af et fotoledende materiale placeret mellem den anion- og elektronledende elektrode og en modmetalelektrode. Spændende nok, da kontakten er tændt, når det voksende metalfremspring når modelektroden, og fremspringet vokser ikke i mørket, den fotoassisterede atomomskifter opfører sig som en programmerbar kontakt, der kan bruges i EPROM (sletable programmeable read-only memory).

Forfatterne beskriver også atomswitches 'indlæringsevner', der er i stand til kort- og langtidshukommelser i enkelte nanoioniske enheder; ikke-flygtige bipolære omskiftere; to terminale atomomskifter logiske porte; og feltprogrammerbare gate-arrays integreret med CMOS-enheder.

Denne anmeldelse indeholder 77 referencer og 20 figurer og giver en uvurderlig kilde til opdateret information til nytilkomne og eksperter inden for dette spændende forskningsområde.