Halbleitermaterial aus Solarzellen bekannt

Die von den Forschenden entwickelten Memristoren bestehen aus Halogenid-​Perowskit-Nanokristallen, einem Halbleitermaterial, das vor allem von seinem Einsatz in Photovoltaikzellen bekannt ist. «Die ‹Reizleitung› wird in diesen neuen Memristoren vermittelt, indem sich Silberionen ausgehend von einer Elektrode temporär oder permanent zu einer Nano-​Faser aneinanderreihen, welche die Perowskit-​Struktur durchdringt, und durch die Strom fliessen kann», erklärt Kovalenko.

Dieser Vorgang kann so beeinflusst werden, dass die Silberionen-​Faser entweder dünn ist und mit der Zeit wieder in einzelne Silberionen zerfällt (volatiler Modus) oder dick und dauerhaft ist (nicht-​volatiler Modus). Gesteuert wird dies durch die Stromstärke, die auf den Memristor geleitet wird: Wird er mit schwachem Strom angesteuert, bildet sich der volatile Modus aus. Wird er mit starkem Strom angesteuert, bildet sich der nicht-​volatile Modus aus.

«Unseres Wissens ist dies der erste Memristor, der bei Bedarf zuverlässig zwischen einem volatilen und einem nicht-​volatilen Modus umgeschaltet werden kann», sagt Demirağ. Damit können in Zukunft auch Computerchips hergestellt werden mit Memristoren, die beide Modi ermöglichen. Denn auf einem Chip mehrere unterschiedliche Memristoren-​Typen zu kombinieren, ist in der Regel nicht möglich.

Im Rahmen der Studie, die sie im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichten, haben die Wissenschaftler 25 solcher neuen Memristoren getestet und mit ihnen 20'000 Messungen durchgeführt. So konnten sie eine Rechenaufgabe auf einem komplexen Netzwerk simulieren. In dieser Aufgabe ging es darum, eine Vielzahl unterschiedlicher Nervenpulse vier definierten Mustern zuzuordnen.

Bis die Memristoren in der Computertechnologie einsetzbar ist, müssen sie weiter optimiert werden. Wichtig sind solche Bauteile aber auch für die Forschung in der Neuroinformatik, wie Indiveri betont: «Diese Bauteile kommen echten Neuronen näher als bisherige. Dadurch helfen sie Forschenden, Hypothesen der Neuroinformatik besser zu überprüfen und hoffentlich ein besseres Verständnis zu gewinnen für die Rechenprinzipien echter neuronaler Schaltkreise in Mensch und Tier.»