伊利亚·瓦洛夫博士（左）正在进行实验

世界各地的科学家们加紧研究记忆电阻器，它是一种被动电子元件。和电阻器一样，记忆电阻器能产生并维持一股安全的电流通过某个装置。但与电阻器不同，记忆电阻器可以在关掉电源后，仍能“记忆”先前通过的电荷量。两组的忆阻器更能产生与晶体管相同的功能，但更为细小。这些装置的功率极低，其行为类似于大脑中的神经元。

德国利希·亚琛研究联盟(JARA)和德国技术集团贺利氏集团（Heraeus）的研究人员现在对这些元件功能行为的系统控制取得了一定的进展。事实证明，记忆电阻器材料成分中最微小的差异是至关重要的。研究人员的设计方向可以帮助提高基于膜技术的应用的多样性、效率、选择性和可靠性，例如，节能、非易失性存储设备或神经灵感计算机。

日本NEC公司早在2017年就在太空卫星上安装了第一批记忆电阻器原型。别的公司，如惠普、英特尔、IBM和三星等都在努力将基于记忆电阻器元件的创新类型的计算机和存储设备推向市场。

记忆电阻器简单来说就是 "带记忆的电阻"，其中高阻可以切换到低阻，然后再回来。这意味着从原理上讲，这种器件是自适应的，类似于生物神经系统中的突触。

参与研究的伊利亚·瓦洛夫(Ilia Valov)博士说："记忆元件被认为是以大脑为模型的神经启发式计算机的理想候选者，它与深度学习和人工智能相关联的问题上引起了人们的极大兴趣。"

最新一期的《科学进展》期刊刊登了这份研究报告。根据科学家的研究，关键因素是开关氧化物层的纯度。

迄今为止，这种效应一直被专家们忽视。它可以非常具体地用于设计记忆电阻系统，类似于信息技术中掺杂半导体的方式。

瓦洛夫说："近年来，在记忆电阻的开发和使用方面取得了显著的进展，然而，这种进步往往是在纯粹的经验基础上取得的。"

利用他的团队所获得的见解，制造商们现在可以有条不紊地开发出选择所需功能的记忆电阻元件。掺杂浓度越高，随着传入电压脉冲数的增加和减少，元件的电阻变化越慢，电阻越稳定。

当神经元受到一连串的电脉冲的快速刺激时，具有传递不同强度的信号的能力

大脑的学习和保留信息的能力在很大程度上可以归功于神经元之间的连接在频繁使用时得到加强。记忆元件其中有不同类型的电化学金属化细胞(ECMs)或价变记忆细胞(VCMs)等，其作用类似。当使用这些元件时，随着输入电压脉冲数的增加，电导率会增加。这种变化也可以通过施加相反极性的电压脉冲来反转。

利希·亚琛研究联盟的研究人员在ECM上进行了系统的实验。ECM由一个铜电极、一个铂电极和中间的二氧化硅层组成。得益于与贺利氏研究人员的合作，利希·亚琛研究联盟的科学家们获得了不同类型的二氧化硅：一种是纯度为99.999999999%的二氧化硅，也就是所谓的8N二氧化硅，另一种是含有100-10000ppm（百万分之几）的外来原子。铜和质子作为流动掺杂剂，而铝和镓作为非挥发性掺杂剂。

记忆电阻元件装置的电位化。

根据一系列实验，研究人员能够证明，随着掺杂原子量的变化，ECM的开关时间会发生变化。如果开关层是由8N二氧化硅制成，那么膜元件的开关时间只有1.4纳秒。到目前为止，有史以来测量到的ECM的最快值约为10纳秒。通过在元件的氧化层中掺杂高达10000ppm的外来原子，开关时间被延长到毫秒的范围。

瓦洛夫说:"我们也可以从理论上解释我们的结果。这有助于我们理解纳米尺度上的物理化学过程，并将这些知识应用到实践中。"

基于普遍适用的理论考虑并得到实验结果的支持，瓦洛夫确信掺杂/杂质效应的发生可以在所有类型的记忆电阻元件中得以应用。