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