Физики из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» исследовали и объяснили основные факторы, влияющие на переход в проводящее состояние тонких пленок диоксида ванадия (VO2) — перспективного материала для создания нейроморфных компьютеров на основе принципов работы мозга. Ученые выявили два разных механизма перехода в зависимости от количества дефектов в образце. Оказалось, что чем меньше дефектов, тем меньшее напряжение требуется для перехода, и тем меньше зависимость порогового напряжения от температуры. Результаты исследования опубликованы в журнале Chaos, Solitons & Fractals.
«Одним из перспективных применений тонких пленок диоксида ванадия является их использование в качестве активных мемристоров. Резистивное переключение в активных мемристорах позволяет моделировать поведение потенциал-зависимых ионных каналов биологических нейронов, — рассказывает кандидат физико-математических наук Наталья Андреева, старший научный сотрудник научно-образовательного центра «Нанотехнологии» СПбГЭТУ «ЛЭТИ». — Таким образом, фазовые переходы в тонких пленках диоксида ванадия позволяют моделировать различные типы спайковой активности биологических нейронов. В перспективе это позволит исследовать процессы временной синхронизации активности нейронов, отражающих функциональную активность мозга. Также удастся определить возможности их направленной синхронизации или модуляции — например для нефармакологической коррекции некоторых функциональных состояний мозга».
Оказалось, что все образцы тонких пленок диоксида ванадия можно разделить на два типа: к одним нужно прилагать все большее напряжение при охлаждении для перехода в проводящее состояние, а у других пороговое напряжение при изменении температуры практически не меняется. Ученые предполагают, что такие различия связаны с количеством дефектов — ионов водорода и кислородных вакансий, то есть областей, в которых не хватает атомов кислорода. Дело в том, что такие дефекты являются ловушками электронов. В ряде случаев, чтобы переход в проводящее состояние стал возможным, требуется определенная степень заполнения ловушек электронами. Для этого нужно подать некоторое пороговое напряжение. Если дефектов мало, пороговое напряжение переключения мало и слабо зависит от температуры. Если дефектов много, нужно подавать большее напряжение, которое, скорее всего, будет приводить к нагреву материала. Причем пороговое напряжение также увеличивается с ростом температуры.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
