Необычные материалы для создания мемристоров: от грибов до мёда и крови

От мёда, который вы добавляете в чай, до крови, текущей по вашим венам, — привычные вещества могут скрывать неожиданный технологический потенциал. Некоторые из них, при специальной обработке, способны работать как мемристоры — элементы, которые «помнят» прошлые электрические состояния.

Мемристоры применяются в микросхемах для хранения данных и выполнения вычислений. Обычно это тончайший слой диоксида титана или другого диэлектрика между двумя металлическими электродами. Под действием напряжения внутри слоя формируются проводящие нити — области с отсутствием атомов кислорода. Изменение полярности «стирает» эти пути, и так элемент запоминает историю сигналов.

Учёные обнаружили, что ряд неожиданных, а порой и органических материалов может улучшить характеристики мемристоров — сделать их гибкими, экологичными или даже биоразлагаемыми. Вот три наиболее необычных подхода.

1. Грибные мемристоры

Исследователи из Университета штата Огайо изучили электрические свойства грибов и обнаружили, что шиитаке может работать как мемристор. Более того, гриб обладает необычной стойкостью к радиации, что делает его потенциально полезным для аэрокосмической и медицинской техники.

Ученые вырастили девять образцов шиитаке, высушили их, затем увлажнили до состояния умеренной проводимости. Их внутренняя структура сформировала проводящие пути, похожие на вакансии кислорода в традиционных мемристорах. После подключения к электрической цепи грибы успешно прошли тесты на память и частотный отклик.

По словам руководителя исследования Джона ЛаРокко, шиитаке демонстрирует стабильное мемристорное поведение в 90 % случаев при частоте до 5,85 кГц. Хотя такие показатели ниже, чем у традиционных материалов, грибы компенсируют это экологичностью, устойчивостью к суровым условиям и доступностью — ведь шиитаке массово выращивают в промышленном масштабе. Применение таких устройств видят скорее нишевым, например, в радиационно нагруженных средах.

2. Мемристоры из мёда

В 2022 году инженеры из Университета штата Вашингтон исследовали возможность создания биоразлагаемой электроники на основе мёда. По словам руководителя работы Фэна Чжао, ежегодно образуется около 50 миллионов тонн электронных отходов, и природные материалы могут стать частью решения.

Учёные приготовили смесь мёда с водой, удалили пузырьки воздуха и нанесли её на медную подложку. После длительного запекания и установки верхнего медного электрода получился тонкий (2,5 мкм) слой медового диэлектрика, который работал аналогично оксидным материалам: внутри формировались временные проводящие пути.

Медовый мемристор переключался между низким и высоким сопротивлением за 500 и 100 наносекунд соответственно — показатели, сопоставимые с некоторыми неорганическими аналогами. Мёд при этом дешёв, доступен и полностью биоразлагаем. Однако для полной экологичности нужно заменить медные электроды растворимыми металлами, такими как магний или вольфрам — их возможности ещё изучаются.

3. Мемристивные свойства крови

Индийские исследователи решили проверить, может ли человеческая кровь работать как мемристор, и получили предварительное подтверждение. Они поместили свежую кровь группы O+ в пробирку, погрузили в неё два электрода и подавали на них напряжение 1–3 В. Затем провели эксперименты с кровью в режиме «текущей струи».

Хотя исследование было ограниченным, ток менялся в зависимости от напряжения, а сопротивление оставалось стабильным в течение 30 минут, изменившись менее чем на 10 %. Учёные предположили, что подобные знания могут пригодиться в медицине: например, для коррекции локальных ионных дисбалансов — с использованием биосовместимых компонентов собственного организма. Впоследствии идеи мемристоров из крови уже рассматривались в исследованиях, посвящённых терапии диабета и коррекции зрения.

Материалы, которые кажутся абсолютно бытовыми или даже странными для электроники, могут однажды расширить возможности мемристорных технологий — будь то экологичные решения, биосовместимые устройства или компоненты, способные работать в экстремальных условиях.

С уважением, ООО "Компания "База Электроники"

Вернуться на главную