Grupa naukowców z Akademickiego Centrum Materiałów i Nanotechnologii Akademii Górniczo-Hutniczej pod kierownictwem prof. dr. hab. Konrada Szaciłowskiego z pomocą specjalistów z Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS opublikowała wyniki badań nad nietypowym mechanizmem przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu z dibenzotetraaza[14]annulenami. Praca została opublikowana w czasopiśmie Advanced Electronic Materials wydawanym przez Wiley.

XXI wiek niewątpliwie naznaczony jest rewolucją w informatyzacji ludzkości. Rosnące zapotrzebowanie na moc obliczeniową komputerów oraz przepustowość sieci internetowej skutkuje coraz większym zapotrzebowaniem na energię elektryczną, co jest również związane ze zwiększającą się emisją dwutlenku węgla przez człowieka. Architektura nowoczesnych komputerów opiera się na technologii mikroprocesorów wytwarzanych na bazie domieszkowanego krzemu, gdzie procesor jest oddzielony od pamięci. Istnieją jednak ograniczenia, które wpływają na dalszy rozwój tej technologii, a mianowicie bariera ciepła oraz bariera pamięci. Bariera ciepła jest związana ze zmniejszeniem się wielkości tranzystorów skutkującym nadmierną produkcją ciepła, którego nie da się skutecznie odprowadzić. Bariera pamięci wiąże się z długimi opóźnieniami i dużym zużyciem energii podczas przesyłania danych pomiędzy pamięcią a procesorem.

Memrystor, ang. memory resistor, jest czwartym podstawowym biernym elementem układów elektronicznych. Memrystory są urządzeniami dwuterminalowymi, które charakteryzują się nieliniową odpowiedzią prądowo-napięciową, co umożliwia przechowanie informacji w postaci ich wewnętrznego stanu fizycznego. W omawianej pracy badano rodzinę kompleksów Ni(II) z dibenzotetraaza[14]annulenami pod kątem zastosowania ich jako fazy aktywnej w memrystorach (rysunek 1). Pomiary widm absorpcji promieniowania rentgenowskiego (X-ray absorption spectroscopy, XAS) zmierzone na linii badawczej ASTRA (rysunek 2a) potwierdziły czystość otrzymanego związku niklu, a także dostarczyły informacji na temat jego struktury elektronowej. Wykorzystano także detektor fluorescencyjny do monitorowania in situ reakcji redoks oraz ewentualnych zmian w strukturze fazy aktywnej dla działającego memrystora podłączonego do zewnętrznego potencjału elektrycznego.

Rysunek 1. Schemat budowy i działania badanego memrystora.

Rysunek 2. a) Widma XAS dla krawędzi K niklu dla badanego kompleksu Ni(II) zmierzone w transmisji. b) Schemat podłączenia oraz zdjęcie urządzenia przed pomiarami in situ XAS. c) Widma XAS krawędzi K niklu zmierzone in situ dla urządzeń podłączonych do różnych potencjałów zarejestrowane we fluorescencji.

Autor: dr Andrzej Sławek
 

Link do publikacji: Andrzej Sławek, Lulu Alluhaibi, Ewelina Kowalewska, Gisya Abdi, Tomasz Mazur, Agnieszka Podborska, Krzysztof Mech, Marianna Marciszko-Wiąckowska, Alexey Maximenko, Konrad Szaciłowski, Memristors Based on Ni(II)-tetraaza[14]annulene Complexes: Toward an Unconventional Resistive Switching Mechanism, Advanced Electronic Materials 2024, 2300818, doi: 10.1002/aelm.202300818