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www markttechnik de 16 2025 12 Interview der Woche Neues Material führt zu KI-Durchbruch Memristoren verbessern Neuronale Netze entscheidend Jülicher Forscher um Prof Ilia Valov haben neue Memristoren entwickelt die deutlich bessere Funktionalitäten als die bisherigen Typen aufweisen »Ein Durchbruch für die KI-Welt« sagt Prof Ilia Valov im Interview mit Markt Technik Markt Technik Die neuen Memristoren die Sie und ihr Team entwickelt haben unterscheiden sich deutlich von den bisherigen »Electrochemical-Metalization«- und den »Valence Change Mechanism«-Zellen kurz ECMund VCM-Zellen genannt Was genau ist das Neue? Prof Ilia Valov Peter Grünberg Institut des Forschungszentrums Jülich Sowohl die ECMals auch die VCM-Zellen haben ihre Vorteile aber auch ihre Nachteile Deshalb haben sie sich bisher nur für Nischenanwendungen geeignet und konnten sich nicht auf breiter Basis durchsetzen Unseren neuen FCM-Zellen gelingt es nun viele Vorteile der beiden zu verbinden ohne die Nachteile in Kauf nehmen zu müssen Das sehen wir als Durchbruch an Das hört sich fast zu schön an um wahr zu sein Normalerweise ist es ausgesprochen schwierig das optimale Verhältnis zwischen den jeweiligen Vorund Nachteilen einer Technik zu finden Das ist meist ein langer Weg … Das stimmt grundsätzlich auch in diesem Fall Doch um genauer zu erklären was wir gemacht haben gehe ich zunächst auf die ECMund VCM-Zellen ein Die ECM-Zellen bestehen aus einer inerten Elektrode und einer Elektrode aus elementaren Metallen wie Kupfer Silber oder Eisen An dieser Elektrode bilden sich Metallionen die durch die Zelle wandern Sie werden an der inerten Elektrode reduziert und bilden Filamente Der Vorteil von ECM-Zellen besteht darin dass die Widerstände der Schaltzustände »An« und »Aus« sehr weit – um einen Faktor bis zu 1 Million – voneinander entfernt sind Zudem zeigen sie ein analoges Verhalten sodass Multilevel-Zellen möglich werden die mehr als ein Bit speichern Ein Nachteil ist dass der Widerstand stark schwanken kann und die Zellen nicht immer stabil sind Die VCM-Zellen arbeiten nach einem anderen Prinzip Hier besteht die erste Elektrode wieder aus einem inerten Metall wie Platin die zweite Elektrode aus oxidierbaren Elementen wie Tantal oder Hafnium Die Oxide fungieren als Schaltschicht Es bilden sich Oxid-Filamente aus reduzierten Metalloxiden die genau in entgegengesetzter Richtung als in den ECM-Zellen wachsen also in Richtung der Platin-Elektrode Nach dem ersten Schritt der Formierung bildet sich im weiten Schritt eine etwa 3 nm breite Lücke zwischen Filamentspitze und Platinelektrode die auch als Disk bezeichnet wird Danach verändert sich die Länge des Filaments nicht mehr Der Widerstand wird durch eine Änderung der Schottky-Barriere bestimmt Stabile reproduzierbare und verlässliche Zellen – das klingt doch zunächst sehr gut … … allerdings besteht ihr großer Nachteil darin dass der »Ein«- und der »Aus«-Zustand relativ eng zusammen liegen sie unterschieden sich nur um den Faktor 10 bis 100 Wenn die Zelle stabil ist reicht das aus Es bedeutet aber dass diese Zellen für den analogen Betrieb nicht so gut geeignet sind denn die verschiedenen dafür erforderlichen Widerstandsebenen müssen so eng benachbart sein dass es sehr schwierig ist sie zuverlässig zu unterscheiden Damit können sie in neuronalen Netzen nur eingeschränkt eingesetzt werden Prof Ilia Valov Peter Grünberg Institut des Forschungszentrums Jülich „ Wir haben mit der FCM-Zelle erstmals eine Zelle entwickelt die sowohl sehr gutes digitales als auch analoges Schaltverhalten aufweist – und dazu über die Zeit und die Temperatur sehr stabil ist Das hilft in neuronalen Netzen gegen das katastrophale Vergessen “ EXKLU SIV INTERV IEW