Noile materiale 2D sunt realizate prin dispozitive asemănătoare sinapselor, pentru viitoarele cipuri neuromorfe.Inginerii de la Universitatea Purdue și de la Institutul de Tehnologie din Georgia au construit primele dispozitive, dintr-un nou tip de material 2D, care combină proprietățile de înmagazinare a memoriei cu cele ale semiconductoarelor.
Aceștia au folosit un semiconductor feroelectric nou, selenidă de indiu alfa, în două aplicații: la bazele unui tranzistor care stochează memorie ca și cantitate de amplificare produsă, dar și într-un dispozitiv cu două terminale care s-ar putea comporta precum o componentă a viitoarelor calculatoare, inspirate de creierul uman. Al doilea dispozitiv a fost dezvăluit în luna decembrie a anului 2019 la Întâlnirea Internațională a Dispozitivelor Electronice IEEE din San Francisco.
Materialele feroelectrice devin polarizate într-un câmp electric și păstrează acea polarizare și după înlăturarea câmpului. Memoriile RAM feroelectrice utilizează abilitatea inițială de a stoca date într-o structură asemănătoare condensatorului. Recent, cercetătorii au încercat să obțină mai mult de la aceste materiale feroelectrice, făcându-le într-o structură de tranzistor sau construind alte tipuri de dispozitive din ele.
Aceștia au încorporat materialele feroelectrice într-o poartă dielectrică a unui tranzistor, în stratul subțire care separă electrodul responsabil de oprirea și pornirea tranzistorului, de canalul prin care circulă curentul. Cercetătorii au căutat și un echivalent feroelectric al memristorului sau al rezistențelor RAM, dispozitive cu două terminale care stochează date, ca și rezistențe. Aceste dispozitive, numite tunele feroelectrice cu joncțiune, sunt atractive deoarece pot fi construite într-o configurație densă de memorie, numită matrice transversală.
Mulți cercetători, care lucrează la cipurile AI neuromorfe, fac memristoarele să se comporte precum sinapsele neuronale. Până acum, memoria tunelelor feroelectrice cu joncțiune a reprezentat o adevărată problemă.
Peide Ye de la IEEE spune că: „Sunt foarte dificil de realizat”. Acest lucru se datorează faptului că materialele feroelectrice tradiționale sunt izolatoare și trece prea puțin curent prin ele. Cercetătorii încearcă să rezolve această problemă prin construirea unui strat feroelectric foarte subțire, acesta pierzându-și proprietățile feroelectrice.
Echipa lui Ye este axată mai mult pe rezolvarea problemei conducției, prin folosirea unui material feroelectric nou, selenidă de indiu alfa, care se comportă ca un semiconductor. Sub influența unui câmp electric, moleculele suferă o schimbare de structură care păstrează polarizarea. De asemenea, materialul este feroelectric chiar și sub forma unui strat format dintr-o singură moleculă, având grosimea de un nanometru. Ye afirmă că: „Acest material este unic”.
Echipa sa a realizat dispozitive precum tranzistorii și memristorii din semiconductoare. Dispozitivul asemănător memristorului, numit semiconductor feroelectric cu joncțiune (FSJ), este un semiconductor pus între două conductoare, având o dimensiune de doar 10 nanometri.
Următoarea țintă a cercetătorilor este de a face dispozitivele din ce în ce mai mici și de a caracteriza cât de repede se pot schimba dispozitivele. Acum, echipa lui Ye caută aplicații ale FSJ pentru cipurile neuromorfe, unde cercetătorii au încercat o varietate de dispozitive în căutarea sinapsei artificiale neuronale perfecte.