科学家们正在研究基于人类大脑的新材料，以创建神经形态计算机。忆阻器是至关重要的组件，其忆阻取决于该器件的历史，就像我们神经元的响应取决于先前的输入一样。格罗宁根大学的材料科学家分析了锶氧化钛的性能，锶氧化钛是用于忆阻器研究的平台材料，并使用2D材料石墨烯对其进行了探测。2020年11月11日，结果发表在ACS Applied Materials and Interfaces杂志上。

计算机是巨大的计算器，到处都是开关，其值均为0或1。使用许多此类二进制系统，计算机可以非常快速地执行计算。但是，在其他方面，计算机效率不是很高。与标准微处理器相比，我们的大脑用于识别面部或执行其他复杂任务的能量更少。那是因为我们的大脑由神经元组成，这些神经元可以具有0和1以外的许多值，并且神经元的输出取决于先前的输入。

 氧空位

为了创建忆阻器，具有过去事件记忆的开关，经常使用锶钛氧化物（STO）。这种材料是钙钛矿，其晶体结构取决于温度，并且在低温下可以变成初始铁电体。铁电行为在105开氏温度以上消失。伴随这些相变的畴和畴壁是积极研究的主题。然而，仍然不清楚为什么材料表现出这种行为。格罗宁根大学泽尼克高级材料研究所功能材料的自旋电子学教授塔玛利卡·班纳吉（Tamalika Banerjee）说：“这是一个独立的联盟。”

晶体中的氧原子似乎是其行为的关键。Banerjee说：“氧的空位可以穿过晶体，这些缺陷很重要。” “此外，畴壁存在于材料中，当施加电压时它们会移动。” 许多研究试图找出这种情况是如何发生的，但是查看这种材料的内部是复杂的。但是，Banerjee的团队成功使用了自己的同盟中的另一种材料：石墨烯（二维碳板）。

 电导率

Banerjee说：“石墨烯的性质取决于其纯度，而STO的性质则来自晶体结构的缺陷。我们发现将它们结合起来可以带来新的见识和可能性。” 这项工作大部分是由Banerjee的博士生Si Chen进行的。她将石墨烯条放在STO薄片的顶部，并通过在正负值之间扫描栅极电压来测量不同温度下的电导率。Chen解释说：“当栅极电压产生电子或空穴过多时，石墨烯就会导电。” “但是在电子和空穴数量非常少的那个点，狄拉克点，电导率是有限的。”

在正常情况下，最小电导率位置不会随栅极电压的扫描方向而变化。但是，在STO顶部的石墨烯条中，正向扫描和反向扫描的最小电导率位置之间存在较大的间距。在4开氏温度下效果非常明显，但在105开温或150开温下效果不明显。对结果的分析以及在乌普萨拉大学进行的理论研究表明，STO表面附近的氧空位是造成这种情况的原因。

 记忆

Banerjee：“低于105开尔文的相变会拉伸晶体结构，产生偶极子。我们表明，氧空位在畴壁处积累，并且这些壁为氧空位的运动提供了通道。这些渠道负责STO中的忆阻行为。” STO晶体结构中氧空位通道的积累解释了最小电导率位置的变化。

Chen还进行了另一个实验：“我们将STO栅极电压保持在-80 V，并在石墨烯中测量了将近半小时的电阻。在此期间，我们观察到了电阻的变化，表明从空穴到电子电导率的转变。这种影响主要是由STO表面氧气空位的积累引起的。

总而言之，实验表明，组合的STO /石墨烯材料的特性会随着电子和离子的运动而变化，而电子和离子的运动分别在不同的时间范围内。Banerjee：“通过收获一个或另一个，我们可以使用不同的响应时间来创建忆阻效应，可以将其与短期或长期记忆效应进行比较。” 该研究为STO忆阻器的行为提供了新的见解。石墨烯与石墨烯的结合为铁电材料和2D材料的忆阻异质结构开辟了一条新途径。

 简单科学摘要

晶体管只能有两个值：0或1。我们的大脑通过神经元处理信息，这更为复杂：根据长期或短期过去收到的输入记忆，它们可以具有任何中间值。科学家正在尝试制造具有类似记忆类型的晶体管，称为忆阻器。用于制造忆阻器件的一种有趣的材料是锶钛氧化物。格罗宁根大学的科学家发现了这种材料如何根据电子数量的变化或由于晶体结构中不存在氧原子而产生的缺陷的积累来改变其电阻。通过将锶钛氧化物与2D材料石墨烯相结合而得出的这些见解可能会导致在不同时间尺度响应的忆阻器的产生。