عملکرد حافظه‌هاي ترانزيستوري با آنچه دانشمندان تصور مي‌کردند تفاوت دارد.
در آينده قرار است چه وسيله‌اي جايگزين حافظه‌ي همراه (فلش) شود؟ بسياري از شرکت‌هاي مهم و فعال در عرصه‌ي الکترونيک، مانند سامسونگ و اينتل معتقدند که در آينده حافظه‌هاي ترانزيستوري يا همان ممريستورها به جاي حافظه‌هاي همراه استفاده مي‌شوند. ممريستور با ترکيب دو واژه‌ي memory و transistor ساخته شده است. اين وسيله رم مقاومتي، آر رم (RRAM) و ريرم (ReRAM) نيز ناميده مي‌شود. در ابتدا به نظر مي‌رسيد که ممريستورها در ميدان رقابت گوي سبقت را از ساير حافظه‌هاي الکترونيکي بربايند، زيرا اين نوع حافظه مي‌تواند با صرف انرژي کم، با سرعت بالا و بدون نياز به قدرت زياد، اطلاعات را حفظ کند. اما پژوهش‌هاي جديد نشان مي‌دهند که ممريستورها کاملاً به شکلي که محققان تصور مي‌کردند کار نمي‌کند.
مکانيسم اساسي کار يک ممريستور، پديده‌اي موسوم به «نقطه‌ي تماس ناکاملي» است. اين پديده از سال 1971، يعني زماني که اينگونه ابزارها اساساً وجود نداشتند پيش بيني شده بود. با اعمال يک ولتاژ ورودي به ممريستور، مقاومت اين دستگاه کاهش پيدا مي‌کند. اين تغيير در مقاومت با اعمال يک ولتاژ کوچکتر و در جهت معکوس مي‌تواند دوباره به مقدار اوليه‌ي خود بازگردد. اين يعني با اعمال ولتاژ کمتري در جهت عکس، اطلاعات ذخيره شده روي ترانزيستور پاک خواهند شد.
در طول دهه‌ي اخير، دانشمندان دو نوع ممريستور تجاري توليد کرده‌اند: سلول‌هاي الکتروشيميايي فلزي (ECM) و سلول‌هاي ظرفيت متغير حافظه (VCM).
در سلول‌هاي نوع اول يک الکترود مس که الکترود فعال نيز ناميده مي‌شود به وسيله‌ي ولتاژ اوليه اکسيد مي‌شود. يون‌هاي مس حاصل از اکسيداسيون در الکتروليت جامد به سمت الکترود پلاتين حرکت مي‌کنند. اين يون‌ها پس از رسيدن به الکترود پلاتين، يک الکترون دريافت مي‌کنند. يون‌هاي بعدي به همين ترتيب عمل کرده و دوباره تبديل به فلز مي‌شوند تا اين که يک رشته‌ي فلزي خالص در ميان دو الکترود تشکيل مي‌شود. نتيجه‌ي اين اتصال، کاهش مقاومت وسيله است. در سلول‌هاي نوع دوم يا همان سلول‌هاي ظرفيت متغير، از اعمال ولتاژ ورودي دو نوع يون اکسيژن با بار منفي و يون فلزي با بار مثبت ايجاد مي‌شوند. به لحاظ نظري، يون‌هاي اکسيژن از محيط الکتروليت خارج مي‌شوند و در ساخته شدن يک رشته از مواد نيمه‌هادي در ميان دو الکترود مشارکت مي‌کنند.
ممرستورهای TiO2
هم اکنون چندين گروه پژوهشي بين المللي به سرپرستي ايليا والو (Ilia Valov)، در مؤسسه‌ي پيتر گرونبرگ آلمان (Peter Grünberg Institute)، گزارش‌هايي را به ژورنال‌هاي Nature Nanotechnology و Advanced Materials ارائه داده و در اين گزارش‌ها تشريح کرده‌اند که تفاوت ميان دو نوع ممريستور شناخته شده اساساً کمتر از آنچه تاکنون به نظر مي‌رسيد است.
والو و همکارانش در آلمان، ژاپن، کره،يونان و ايالات متحده هم اکنون در حال تحقيق درباره‌ي ممريستورهايي با الکتروليت تانتاليوم اکسيد و يک الکترود تانتاليوم فعال هستند. والو توضيح مي‌دهد: «بررسي‌هاي ما نشان مي‌دهند که اين دو نوع مکانيسم شناخته شده براي اتصال الکترودها، در واقع يک روش هستند. مي‌توان گفت چيزي به نام اتصال اکسيژن خالص آن طور که تاکنون تصور مي‌شد اساساً وجود ندارد و روش مشترک هر دو مدل ممريستور، اتصال از طريق يون‌هاي فلزي مثبت است. ظاهراً اين يون‌هاي مثبت که از الکترودهاي فعال نشأت گرفته‌اند، تنها حامل‌هاي الکتروليت هستند.»
او مي‌گويد: «قبلاً تصور مي‌کرديم در ممريستورهاي نوع دوم يا همان ظرفيت متغير، يون‌هاي اکسيژن با بار منفي و يا به عبارتي حفره‌هاي ناشي از حرکت يون‌هاي منفي اکسيژن حامل‌هاي الکتروليت هستند. اما حفره و يون به هم متصل هستند و به صورت جفت حرکت مي‌کنند. حفره‌هاي بار مثبت موجب حرکت اکسيژن مي‌شوند.» اين گروه پژوهشي براي بررسي حامل‌هاي فلزي الکتروليت لايه‌ي نازکي از تانتاليوم اکسيد را روي قطعه‌اي تانتاليوم جانشاني کردند. آن‌ها با استفاده از يک ميکروسکوپ تونلي يک رشته روي اکسيد ايجاد کردند تا دقيقاٌ رفتار يک ممريستور تانتاليومي را شبيه سازي کرده باشند.
والو مي‌گويد: «ما ولتاژي را به مجموعه اعمال کرديم و توانستيم ايجاد رشته‌هاي فلزي را در گاف‌هاي خلأ ميان نوار و ميکروسکوپ مشاهده کنيم. اين رشته‌ي فلزي فقط در صورتي مي‌تواند توليد شود که يون‌هاي مثبت فلزي (تانتاليوم) حامل الکتروليت باشند.» در آزمايشي ديگر، محققان يک سلول ممريستور را در لايه‌اي از کربن آمورف (غير رسانا) قرار دادند. اين کربن آمورف از حرکت يون‌هاي اکسيژن ميان الکترود تانتاليوم و الکتروليت اکسيد تانتاليوم جلوگيري مي‌کرد. والو مي‌گويد: «ما با طراحي اين آزمايش‌ها توانستيم به خصوصيات الکتريکي مواد رساناي فلزي پي ببريم.»
او در هنگام ثبت نام براي انتشار نتايج بررسي‌هايش در ژورنال Nature Nanotechnology اعلام کرده که در حال طراحي آزمايش‌هايي تازه است. از جمله آزمايشي که در آن به جاي کربن آمورف از گرافن استفاده شود. والو همچنين قصد دارد آزمايش‌هايي با فلزهاي مختلف و با لايه‌هاي الکتروليت با ضخامت‌هاي متفاوت طراحي کند تا بتواند واکنش سلول را بهتر بررسي کند. به دست آوردن اطلاعات بيشتر و دقيقتر درباره‌ي ممريستورها، مي‌تواند منجر به ساخته شدن حافظه‌هاي بهتر براي استفاده در دستگاه‌هاي الکترونيکي شود.
STM (the Scanning Tunneling Microscope)
برنده نوبل فیزیک 1986
منبع:
منابع مفید: