这种电子器件是一种忆阻器,一种纳米级元件,既能存储信息又能执行计算操作。其结构类似于微型三明治:外侧是两层电极,中间夹着一层薄薄的陶瓷。研究人员利用熔点最高的金属钨作为顶层,中间是氧化铪陶瓷,最底层是石墨烯,构建了这种特殊的忆阻器。最终研制出的设备可以在700度的高温下存储数据50多个小时而无需刷新,在该温度下经历了超过10亿次的开关循环,并且仅需1.5伏电压即可运行,运行速度为几十纳秒。经过深入研究,研究团队最终找到了该器件的工作原理。在传统电子器件中,热量会导致顶部电极中的金属原子缓慢地穿过陶瓷层,直至到达底部电极。此时,两端会永久连接,使器件短路,并使其一直处于开启状态,彻底损坏。但石墨烯阻止了这一过程,它与钨的表面化学性质就像油和水一样,漂移到石墨烯表面的钨原子发现无法附着,就会迁移离开。而没有锚定点,就没有短路,也就没有故障。这一器件的潜在用途包括探测与金星类似的行星、深地钻探地热等方向。此外,由于忆阻器能以速度更快、能耗更低完成矩阵乘法,这使其也非常适用于人工智能计算。作者强调,目前的器件是在实验室中以亚微米级手工制造,规模化生产仍需时间,但这项研究已经为后续研发搭建好了最重要的逻辑框架。(University of Southern California)