Забудьте про 0 и 1. Создан атомно-тонкий транзистор, который хранит 3 024 состояния одновременно
NewsMakerТеперь ИИ станет в разы экономичнее?
Инженеры уже не первое десятилетие пытаются приблизить электронику к тому, как устроен мозг. Речь о нейроморфном «железе» - системах, которые имитируют работу нейронов и синапсов и теоретически могут запускать ИИ-модели надёжнее и экономичнее, чем обычные чипы. Один из ключевых вызовов здесь - память: устройству нужны не просто «ноль» и «единица», а множество устойчивых промежуточных состояний, похожих на разные «силы связи» между нейронами.
Перспективным материалом для таких задач считаются сегнетоэлектрики (ferroelectrics). У них есть спонтанная электрическая поляризация, и важно то, что она может сохраняться даже без питания. Это делает их удобной основой для энергонезависимой памяти, а ещё для транзисторов, которые управляют током в схемах.
Команда из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики представила необычный сегнетоэлектрический транзистор, где атомно тонкие слои материалов могут чуть сдвигаться относительно друг друга. По данным статьи в Nature Electronics , устройство смогло удерживать 3 024 устойчивых состояния поляризации, то есть «запоминать» зарядовые конфигурации тысячами разных способов.
Ранее «скользящие» сегнетоэлектрические устройства на ван-дер-ваальсовых двухслойных структурах часто уверенно переключались между двумя состояниями и хорошо переносили многократные циклы, но для нейроморфных задач этого мало: там нужна тонкая многоуровневая настройка. Чтобы усилить многосостоянийность, исследователи собрали гетероструктуру из графена и гексагонального нитрида бора. Их решётки не совпадают идеально, из-за чего возникает характерный муаровый рисунок, который помогает управлять локальными носителями заряда. В работе также упоминаются связанные исследования по «скользящим» сегнетоэлектрическим устройствам ( https://phys.org/news/2025-08-domain-walls-polarization-ferroelectrics.html ) и муаровым решёткам.
Слои получали механическим расслоением, затем переносили «сухим» методом без растворителей, а электроды истока и стока формировали электронно-лучевым напылением металла. При измерениях многоуровневую поляризацию задавали сериями DC-импульсов между истоком и стоком, а в сочетании с напряжением на затворе добились управления «по запросу» за счёт муарового потенциала (в тексте есть ссылка и на общий контекст многостадийной поляризации в 2D-системах: https://phys.org/news/2023-01-quantum-states-individual-molecules-two-dimensional.html) .
Авторы подчёркивают два практичных момента: структура у транзистора простая, а сам он толщиной всего в несколько атомов, что потенциально упрощает миниатюризацию нейроморфных схем. При этом число настраиваемых состояний поляризации, по их оценке, на два порядка выше, чем у существующих сегнетоэлектрических систем, а значит можно точнее кодировать «веса» и экономить энергию на операциях.
В испытаниях транзистор давал больше 36 состояний поляризации в одном режиме работы (при фиксированном уровне легирования), а с помощью напряжения на затворе исследователи реализовали 84 режима. В сумме это и даёт 3 024 уникальных состояния. Отдельно отмечается стабильность: состояния сохранялись более 100 000 секунд. Чтобы показать прикладной смысл, устройство использовали как основу для запуска алгоритма распознавания изображений, и точность составила около 93% (сопутствующая ссылка на близкую тему нейроморфной памяти и ИИ-алгоритмов: https://phys.org/news/2025-03-antiferromagnetic-neuromorphic-memory-spintronic-device.html) .
Дальше команда хочет двигаться в сторону масштабирования до «wafer-scale», а также улучшать скорость отклика, долговечность и число достижимых состояний. Если это получится, такие «скользящие» сегнетоэлектрические транзисторы могут стать одним из строительных блоков для компактного нейроморфного железа под конкретные ИИ-задачи.
Инженеры уже не первое десятилетие пытаются приблизить электронику к тому, как устроен мозг. Речь о нейроморфном «железе» - системах, которые имитируют работу нейронов и синапсов и теоретически могут запускать ИИ-модели надёжнее и экономичнее, чем обычные чипы. Один из ключевых вызовов здесь - память: устройству нужны не просто «ноль» и «единица», а множество устойчивых промежуточных состояний, похожих на разные «силы связи» между нейронами.
Перспективным материалом для таких задач считаются сегнетоэлектрики (ferroelectrics). У них есть спонтанная электрическая поляризация, и важно то, что она может сохраняться даже без питания. Это делает их удобной основой для энергонезависимой памяти, а ещё для транзисторов, которые управляют током в схемах.
Команда из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики представила необычный сегнетоэлектрический транзистор, где атомно тонкие слои материалов могут чуть сдвигаться относительно друг друга. По данным статьи в Nature Electronics , устройство смогло удерживать 3 024 устойчивых состояния поляризации, то есть «запоминать» зарядовые конфигурации тысячами разных способов.
Ранее «скользящие» сегнетоэлектрические устройства на ван-дер-ваальсовых двухслойных структурах часто уверенно переключались между двумя состояниями и хорошо переносили многократные циклы, но для нейроморфных задач этого мало: там нужна тонкая многоуровневая настройка. Чтобы усилить многосостоянийность, исследователи собрали гетероструктуру из графена и гексагонального нитрида бора. Их решётки не совпадают идеально, из-за чего возникает характерный муаровый рисунок, который помогает управлять локальными носителями заряда. В работе также упоминаются связанные исследования по «скользящим» сегнетоэлектрическим устройствам ( https://phys.org/news/2025-08-domain-walls-polarization-ferroelectrics.html ) и муаровым решёткам.
Слои получали механическим расслоением, затем переносили «сухим» методом без растворителей, а электроды истока и стока формировали электронно-лучевым напылением металла. При измерениях многоуровневую поляризацию задавали сериями DC-импульсов между истоком и стоком, а в сочетании с напряжением на затворе добились управления «по запросу» за счёт муарового потенциала (в тексте есть ссылка и на общий контекст многостадийной поляризации в 2D-системах: https://phys.org/news/2023-01-quantum-states-individual-molecules-two-dimensional.html) .
Авторы подчёркивают два практичных момента: структура у транзистора простая, а сам он толщиной всего в несколько атомов, что потенциально упрощает миниатюризацию нейроморфных схем. При этом число настраиваемых состояний поляризации, по их оценке, на два порядка выше, чем у существующих сегнетоэлектрических систем, а значит можно точнее кодировать «веса» и экономить энергию на операциях.
В испытаниях транзистор давал больше 36 состояний поляризации в одном режиме работы (при фиксированном уровне легирования), а с помощью напряжения на затворе исследователи реализовали 84 режима. В сумме это и даёт 3 024 уникальных состояния. Отдельно отмечается стабильность: состояния сохранялись более 100 000 секунд. Чтобы показать прикладной смысл, устройство использовали как основу для запуска алгоритма распознавания изображений, и точность составила около 93% (сопутствующая ссылка на близкую тему нейроморфной памяти и ИИ-алгоритмов: https://phys.org/news/2025-03-antiferromagnetic-neuromorphic-memory-spintronic-device.html) .
Дальше команда хочет двигаться в сторону масштабирования до «wafer-scale», а также улучшать скорость отклика, долговечность и число достижимых состояний. Если это получится, такие «скользящие» сегнетоэлектрические транзисторы могут стать одним из строительных блоков для компактного нейроморфного железа под конкретные ИИ-задачи.