Полимерный мемристор на основе интерполиэлектролитных

Полимерный мемристор на основе интерполиэлектролитных комплексов ПАНИ-Нафион.
Годовский Д.Ю., Боева Ж.С., Заблоцкий С.В., Махаева Е.Е.
МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
Введение:
МЕМРИСТОР
• Четвертый пассивный элемент электрической цепи
• Теория была разработана в 1971 году Леоном Чуа.
• Описывается соотношением dφ=Mdq, М(q) – коэффициент
мемристивности.
• M(q(t))=V(t)/I(t), сопротивление, зависящее от прошедшего
заряда.
• При I(t)=0, M – const, эффект памяти.
• Могут заменить транзисторы в компьютерах, так как занимают
меньше места.
• Позволят создать новый тип энергонезависимой памяти.
• Могут быть использованы для создания составных элементов
искусственных нейронных сетей сложной архитектуры.
Преимущества:
• Простота получения
• Низкая стоимость
• Упрощение схем искусственных нейронных сетей.
Мемристор на основе ПАНИ
Принцип работы:
Вариации электронной проводимости в тонкой
проводящей полимерной пленки в окисленном и
восстановленном состояниях, вызываемые
потоком ионов через полианилиновую пленку в
местах соединения с твердым электролитом
(допированный литием полиэтиленоксид).
Окисленное состояние ПАНИ является
проводящим, восстановленное – непроводящим.
Действительное сопротивление активной зоны
определяется интегралом по времени тока ионов
(прошедшего заряда).
Мемристивность объясняется замораживанием
ионов на своих местах при отключении поля.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И СХЕМА ИЗМЕРЕНИЙ
Полианилин (ПАНИ)
o Потенциостат/гальваностат IPC/FRA Micro
• представляет собой полимер с составным
повторяющимся звеном, состоящим из
окисленных и восстановленных блоков.
• при обработке ПАНИ кислотами на атомах
азота происходит распаривание
неподеленной электронной пары,
возникает электронная проводимость.
H
N
*
H
N
N
y
Compact PRO (Эконикс, Россия)
o Измерения проводились по схеме
двухэлектродной измерительной ячейки.
*
N
1-y x
Нафион
• сополимер тетрафторэтилена, содержащий
o Использование жидкого электролита позволяет
изучать процесс допирования-дедопирования
собственно системы полианилина в нафионе,
поскольку ионы лития не остаются на своих
местах при отключении напряжения, как в схемах
с твердым электролитом, а уходят в раствор.
сульфогруппы.
•
обладает высокой протонной проводимостью.
Раствор LiClO4
Стекла ITO
Исследуемая плёнка
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ
Потенциал разложения ацетонитрила 2.2 В.
При значениях потенциала ±2 В схождения ветвей петли
гистерезиса не наблюдалось.
На ВАХ пленки – ярко выраженная
петля гистерезиса.
1,0
РАСТВОР ХЛОРИДА ЛИТИЯ 0.1М
0,8
РАСТВОР LiClO4 В АЦЕТОНИТРИЛЕ
0,6
Ток, мА
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
-800
-600
-400
-200
-0
200
400
600
800
Напряжение, мВ
Сопротивление пленки растет со
временем при скачкообразном
изменении потенциала.
При скачкообразном изменении потенциала зависимость
сопротивления от времени для больших потенциалов –
константа. Для малых сопротивление возрастает.
Мемристивность: сохранение сопротивления при выключении напряжения
Область цикличного
изменения потенциала
в пределах ±2В
Отключение происходит
на величине разности
потенциалов 700 мВ
Область подачи
постоянной разницы
потенциалов 700 мВ
Область ∆=0 (прибор выключен)
o
Система сохраняет память о предыдущем состоянии в течение часа.
Применение в нейронных сетях (совместно с университетом г.Парма (Италия))
Out 1 (nA) Out 2 (nA)
Before
training
After
training
Сеть из 8-ми мемристоров
на гибкой подложке
Эквивалентная схема
120
32
65
124
“Hebbian learning”
Дальнейшее развитие – полимер-нанокомпозитные нейронные сети
Матрица контактов
Сеть с архитектурой перцептрона
Сеть с линейной архитектурой
Планируется синтез полимер-нанокомпозитов для реализации нейронных сетей с
различной архитектурой а также компьютерное моделирование динамики
распространения сигнала в полимер-нанокомпозитных нейронных сетях