“忘记忆阻器”的原理类似于脑神经元的原理

人脑是一个极其复杂的系统。科学家们已经尝试了数百年，以详细了解内部正在发生的事情。现在，随着计算机技术的发展，这种情况已经比以前好得多。研究大脑的过程已经脱离现实，并逐渐向前发展。

长期以来，众所周知，我们在执行复杂的计算上并不算很强，但是我们的大脑同时执行许多任务。而且，他执行许多任务要比机器好得多。例如，图像识别非常好地给予人。计算机，甚至是复杂的神经系统，情况都更糟。人的另一个特点是，即使执行最复杂的计算，我们的能源成本也比计算机低得多。难怪科学家们正在试图至少建立人类大脑的简化模型。

这通常是软件模型。现在，人们尝试创建可以充当人脑某个部分中的神经元系统的硬件。例如，这种模型以前曾尝试使用传统的半导体元件从Apple，Intel和其他一些公司创建专家。作为一个新项目的一部分，该新项目是由多家公司和组织（包括惠普企业乃至美国空军）共同努力实施的，因此有可能开发出像神经元一样的忆阻器。这种因素最近进行的工作决定了它的反应。这是通过专家将金属喷涂在固态忆阻器中来实现的。

专家在研究了常规神经元的工作原理后提出了这种元件的设计方案。在许多情况下，神经元的活动不仅取决于该元素所接收信号的类型。实际上，该元素具有短期记忆。如果特定的神经元最近已经接收到信号，那么激活它比未接收到此类信号的神经元容易。随着时间的流逝，如果神经元未接收到信号，则其反应将恢复正常。

科学家决定创建一种人造元素，以这种方式响应信号。这个想法得以实现，为此有必要利用科学技术的多项成就。材料科学家的研究结果尤其有用。

忆阻器称为微电子中的无源元件，能够根据流过它的电荷（工作期间的电流积分）来改变其电阻。通过在二氧化钛薄膜（5纳米）的两层薄膜中进行化学转化，可以确保设备的运行。膜的一层略微耗尽了氧气，并且氧空位在施加到装置的电压的作用下在各层之间迁移。



该研究的作者创建了一种基于硅，氧和氮的忆阻器。为了将忆阻器切换到“活动”状态，科学家使用了最小的银颗粒。一旦将电流施加到忆阻器，该元件就会加热。其加热导致银分散在忆阻器的固体介质中。有“线”连接忆阻器的两端。结果，忆阻器成为电流导体。

但这甚至没有意思，但是当停电时会发生什么。在这种情况下，可以预期该元件将处于低电阻状态。实际上，在这种情况下，会发生一种现象，称为再凝结或奥斯特瓦尔德熟化。

这是物质的过饱和相在发展的后期阶段凝结的过程，当成核阶段完成时，新相大颗粒的生长（例如，从蒸汽中滴落）是由于在“不进食而被压制”的情况下较小的颗粒而产生的，也就是说，滴落的溶解没有粘附。这种现象最早是由奥斯特瓦尔德（Ostwald）描述的。

对于忆阻器，这意味着银已经很长时间没有以纳米线的形式出现了。该元素的颗粒聚集在一起，逐渐扩大。同一元素的较小粒子会聚在一起。忆阻器的行为就像神经元。如果在接收到第一个信号后几乎立即将重复信号施加到忆阻器，则其与银元素的电导率保持不变，即较高。但是，如果长时间不给忆阻器供电，则银纳米线会被分成多个较小的颗粒，这些颗粒在忆阻器的体积中会发散，并且其电导率会降至初始值。



专家认为，使用一组此类忆阻器，您可以构建大脑一部分的小模型。到目前为止，很简单，但是如果一切顺利，科学家希望建立世界上第一台“深度思考”神经计算机。

自然材料，2016. DOI：10.1038 / NMAT4756  （关于DOI）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398055/