Op grafeen gebaseerde memristors komen een stap dichter bij het profiteren van computergebruik van de volgende generatie

Onderzoekers van de Queen Mary University of London en Paragraf Limited hebben een belangrijke stap voorwaarts aangetoond in de ontwikkeling van op grafeen gebaseerde memristors en het ontsluiten van hun potentieel voor gebruik in toekomstige computersystemen en kunstmatige intelligentie (AI).

Deze innovatie, gepubliceerd in ACS geavanceerde elektronische materialen en dat op de cover van het nummer van deze maand staat, is op wafelschaal gerealiseerd. Het begint de weg vrij te maken voor een schaalbare productie van op grafeen gebaseerde memristors, apparaten die cruciaal zijn voor niet-vluchtig geheugen en kunstmatige neurale netwerken (ANN’s).

Memristors worden erkend als potentiële game-changers in de computerwereld, die de mogelijkheid bieden om analoge berekeningen uit te voeren, gegevens zonder stroom op te slaan en de synaptische functies van het menselijk brein na te bootsen.

De integratie van grafeen, een materiaal van slechts één atoom dik met de hoogste elektronenmobiliteit van alle bekende stoffen, kan deze apparaten dramatisch verbeteren, maar was tot voor kort notoir moeilijk om op een schaalbare manier in de elektronica te integreren.

“Grafeenelektroden bieden duidelijke voordelen voor de memristortechnologie”, zegt dr. Zhichao Weng, onderzoekswetenschapper aan de School of Physical and Chemical Sciences van Queen Mary. “Ze bieden niet alleen een verbeterd uithoudingsvermogen, maar ook opwindende nieuwe toepassingen, zoals lichtgevoelige synapsen en optisch afstembare herinneringen.”

Een van de belangrijkste uitdagingen bij de ontwikkeling van memristors is de degradatie van apparaten, wat grafeen kan helpen voorkomen. Door chemische routes te blokkeren die traditionele elektroden aantasten, zou grafeen de levensduur en betrouwbaarheid van deze apparaten aanzienlijk kunnen verlengen. De opmerkelijke transparantie, die 98% van het licht doorlaat, opent ook deuren naar geavanceerde computertoepassingen, met name op het gebied van AI en opto-elektronica.

Dit onderzoek is een belangrijke stap op weg naar de schaalbaarheid van grafeenelektronica. Historisch gezien is het produceren van grafeen van hoge kwaliteit dat compatibel is met halfgeleiderprocessen een belangrijke hindernis geweest. Het gepatenteerde Metal-Organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD)-proces van Paragraf heeft het nu echter mogelijk gemaakt om monolaag grafeen rechtstreeks op doelsubstraten te laten groeien.

Deze schaalbare aanpak wordt al gebruikt in commerciële apparaten zoals op grafeen gebaseerde Hall-effectsensoren en veldeffecttransistors (GFET’s).

“De mogelijkheid voor grafeen om te helpen bij het creëren van computerapparatuur van de volgende generatie die logica en opslag op nieuwe manieren kan combineren, biedt kansen bij het oplossen van de energiekosten van het trainen van grote taalmodellen in AI”, zegt John Tingay, CTO bij Paragraf.

“Deze nieuwste ontwikkeling in samenwerking met de Queen Mary University of London om een ​​memristor proof of concept te leveren, is een belangrijke stap in het uitbreiden van het gebruik van grafeen in de elektronica, van magnetische en moleculaire sensoren, tot het bewijzen hoe het kan worden gebruikt in toekomstige logica- en geheugenapparaten.”

Het team gebruikte een meerstaps fotolithografisch proces om de grafeenelektroden in memristors te integreren en te integreren, wat reproduceerbare resultaten opleverde die de weg wijzen naar grootschalige productie.

“Ons onderzoek levert niet alleen een proof of concept op, maar bevestigt ook de geschiktheid van grafeen voor het verbeteren van de memristorprestaties ten opzichte van andere materialen”, zegt professor Oliver Fenwick, hoogleraar elektronische materialen aan de Queen Mary’s School of Engineering and Materials Science.