RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2026
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2026

 / 

Апрель

←  →

Обзоры актуальных проблем


Мемристоры для нейроморфных вычислительных систем: основные параметры и способы их оптимизации

†  а, ‡  а, б, §  а, *  а, б, в, #  б, °  а, б, &  а,   а, б, в,   а, б, в
а Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские горы 1 стр. 2, Москва, 119991, Российская Федерация
б Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», пл. акад. Курчатова 1, Москва, 123182, Российская Федерация
в Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701, Российская Федерация

В последние годы в научном сообществе сохраняется высокий интерес к нейроморфным вычислительным системам на основе мемристивных устройств, благодаря их уникальным преимуществам. В то же время, несмотря на наличие большого многообразия мемристоров, пока ещё не создано устройство с оптимальными характеристиками для использования в нейроморфных вычислениях. В статье представлены сведения об основных видах и параметрах мемристивных устройств. Рассмотрены мемристоры, переключающиеся по механизмам изменения валентности, электрохимической металлизации, фазового перехода, сегнетоэлектрического туннельного и спин-туннельного эффектов. Проанализированы основные характеристики, достоинства и недостатки каждого вида мемристоров. Представлены основные пути совершенствования характеристик мемристоров, связанные с оптимизацией состава и структуры мемристивных устройств, схемотехническими и алгоритмическими решениями.

Текст pdf (825 Кб)
Ключевые слова: мемристоры, механизмы переключения, типы мемристоров, оптимизация характеристик
PACS: 07.05.Mh, 87.18.Sn, 87.19.L− (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2025.09.040037
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2026/4/b/
Цитата: Ильин А С, Мацукатова А Н, Мартышов М Н, Емельянов А В, Рыльков В В, Демин В А, Форш П А, Кашкаров П К, Ковальчук М В "Мемристоры для нейроморфных вычислительных систем: основные параметры и способы их оптимизации" УФН 196 369–382 (2026)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 14 июля 2025, доработана: 19 сентября 2025, 21 сентября 2025

English citation: Ilin A S, Matsukatova A N, Martyshov M N, Emelyanov A V, Rylkov V V, Demin V A, Forsh P A, Kashkarov P K, Kovalchuk M V “Memristors for neuromorphic computing systems: basic parameters and methods of their optimization” Phys. Usp. 69 (4) (2026); DOI: 10.3367/UFNe.2025.09.040037

Список литературы (228) ↓ Похожие статьи (20)

  1. Mead C Proc. IEEE 78 1629 (1990)
  2. Indiveri G et al Front. Neurosci. 5 73 (2011)
  3. Furber S J. Neural Eng. 13 051001 (2016)
  4. Sheridan P, Lu W Memristor Networks (Eds A Adamatzky, L Chua) (Cham: Springer, 2014) p. 129
  5. Abbott L F, Regehr W G Nature 431 796 (2004)
  6. Zhou Z et al Nature Electron. 3 571 (2020)
  7. Painkras E et al IEEE J. Solid-State Circuits 48 1943 (2013)
  8. Akopyan F et al IEEE Trans. Comput.-Aided Design Integr. Circuits Syst. 34 1537 (2015)
  9. Davies M et al IEEE Micro 38 82 (2018)
  10. Coates A et al "Deep learning with COTS HPC systems" Proc. 30th Int. Conf. Machine Learning 28 (3) 1337 (2013)
  11. Merolla P A et al Science 345 668 (2014)
  12. Moradi S et al IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst. 12 106 (2018)
  13. Ramakrishnan S, Hasler P E, Gordon C IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst. 5 244 (2011)
  14. Jouppi N P et al ISCA'17. Proc. of the 44th Annual Intern. Symp. on Computer Architecture, Toronto, Canada, June 24-28, 2017 (New York: Association for Computing Machinery, 2017) p. 1
  15. Danial L et al Nature Electron. 2 596 (2019)
  16. Zhang Y et al Appl. Phys. Rev. 7 011308 (2020)
  17. Leiserson C E et al Science 368 eaam9744 (2020)
  18. Ielmini D, Wong H-S P Nature Electron. 1 333 (2018)
  19. Xia Q, Yang J J Nature Mater. 18 309 (2019)
  20. Borkar S, Chien A A Commun. ACM 54 67 (2011)
  21. Zhang X et al IEEE Electron Device Lett. 39 308 (2018)
  22. Tang J et al Adv. Mater. 31 1902761 (2019)
  23. Jin P et al IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs 70 3139 (2023)
  24. Vongehr S, Meng X Sci. Rep. 5 11657 (2015)
  25. Wu Q et al Nanoscale 10 5875 (2018)
  26. Yuklyaevskikh G A et al Chaos Solitons Fractals 190 115784 (2025)
  27. Ju S et al Appl. Surf. Sci. 697 162973 (2025)
  28. Писарчик А Н, Храмов А Е УФН 193 1298 (2023); Pisarchik A N, Hramov A E Phys. Usp. 66 1224 (2023)
  29. Nikiruy K E et al AIP Adv. 9 065116 (2019)
  30. Rao M et al Nature 615 823 (2023)
  31. Sharma D et al Nature 633 560 (2024)
  32. Matsukatova A N et al Appl. Phys. Lett. 117 243501 (2020)
  33. Govoreanu B et al 2011 Intern. Electron Devices Meeting, Washington, DC, USA, 05-07 December 2011 (Piscataway, NJ: IEEE, 2012) p. 31.6.1
  34. Prezioso M et al Nature 521 61 (2015)
  35. Li C et al Nature Commun. 9 2385 (2018)
  36. Chua L IEEE Trans. Circuit Theory 18 507 (1971)
  37. Chua L O, Kang S M Proc. IEEE 64 209 (1976)
  38. Strukov D B et al Nature 453 80 (2008)
  39. Demin V A, Erokhin V V Int. J. Unconvvent. Comput. 12 433 (2016)
  40. Abraham I Sci. Rep. 8 10972 (2018)
  41. Isah A, Bilbault J-M J. Low Power Electron. Appl. 12 (3) 44 (2022)
  42. Emelyanov A V et al AIP Adv. 6 111301 (2016)
  43. Erokhin V BioNanoSci. 10 834 (2020)
  44. Lanza M et al Science 376 eabj9979 (2022)
  45. Yang J J et al Nature Nanotechnol. 3 429 (2008)
  46. Yoon J-H et al Nature Commun. 9 417 (2018)
  47. Indiveri G, Liu S-C Proc. IEEE 103 1379 (2015)
  48. Jiang H et al Nature Electron. 1 548 (2018)
  49. Rai V K, Tripathy S, Mathew J Procedia Comput. Sci. 125 576 (2018)
  50. Mikhaylov A N et al Chaos Solitons Fractals 144 110723 (2021)
  51. Surazhevsky I A et al Chaos Solitons Fractals 146 110890 (2021)
  52. Qiang Z et al J. Semicond. 34 032001 (2013)
  53. Lin M-H et al J. Appl. Phys. 107 124117 (2010)
  54. Martyshov M N et al Phys. Rev. Applied 14 034016 (2020)
  55. Matsukatova A N et al Nano Res. 16 3207 (2023)
  56. Minnekhanov A et al ACS Appl. Mater. Interfaces 15 54996 (2023)
  57. Li X et al Nanotechnology 35 035703 (2023)
  58. Yeon H et al Nature Nanotechnol. 15 574 (2020)
  59. Parshina L et al Chaos Solitons Fractals 161 112384 (2022)
  60. Швецов Б С и др Российские нанотехнологии 16 810 (2021); Shvetsov B S et al Nanotechnol. Rep. 16 777 (2021)
  61. Panin G N Chaos Solitons Fractals 142 110523 (2021)
  62. Pazos S et al Nature Electron. 7 557 (2024)
  63. Ambrogio S et al IEEE Trans. Electron Devices 63 1508 (2016)
  64. Мусорин А И и др УФН 193 1284 (2023); Musorin A I et al Phys. Usp. 66 1211 (2023)
  65. Форш П А et al УФН 194 905 (2024); Forsh P A et al Phys. Usp. 67 855 (2024)
  66. Pfeiffer P et al Sci. Rep. 6 29507 (2016)
  67. Stremoukhov S et al Entropy 25 1134 (2023)
  68. Стремоухов С Ю и др Письма В ЖЭТФ 119 343 (2024); Stremoukhov S Yu et al JETP Lett. 119 352 (2024)
  69. Wang L et al J. Mater. Sci. Mater. Electron. 26 4618 (2015)
  70. Ielmini D Microelectron. Eng. 190 44 (2018)
  71. Yuan L et al Adv. Electron. Mater. 7 2100432 (2021)
  72. Christensen D V et al Neuromorph. Comput. Eng. 2 022501 (2022)
  73. Wang Z et al Nature Rev. Mater. 5 173 (2020)
  74. Yang J J, Strukov D B, Stewart D R Nature Nanotechnol. 8 13 (2013)
  75. Chen J-Y et al Nano Lett. 13 3671 (2013)
  76. Matsukatova A N et al Adv. Intell. Syst. 5 2200407 (2023)
  77. Woo H C et al Adv. Electron. Mater. 8 2200656 (2022)
  78. Prudnikov N V et al Phys. Status Solidi A 220 2200700 (2023)
  79. Мацукатова А Н, Трофимов А Д, Емельянов А В Письма в ЖЭТФ 118 355 (2023); Matsukatova A N, Trofimov A D, Emel'yanov A V JETP Lett. 118 352 (2023)
  80. Tian Q et al Appl. Phys. Lett. 122 153502 (2023)
  81. Ryabova M A et al Nanoscale 16 20628 (2024)
  82. Russo U et al IEEE Trans. Electron Devices 56 186 (2009)
  83. Lee H D, Magyari-Köpe B, Nishi Y Phys. Rev. B 81 193202 (2010)
  84. Ielmini D, Bruchhaus R, Waser R Phase Transit. 84 570 (2011)
  85. Lanza M et al Adv. Electron. Mater. 5 1800143 (2019)
  86. Sawa A Mater. Today 11 (6) 28 (2008)
  87. Prudnikov N V et al Nanotechnology 35 335204 (2024)
  88. Lapkin D A et al Adv. Electron. Mater. 6 2000511 (2020)
  89. Valov I, Kozicki M N J. Phys. D 46 074005 (2013)
  90. Lübben M, Valov I Adv. Electron. Mater. 5 1800933 (2019)
  91. Minnekhanov A A et al Organic Electron. 74 89 (2019)
  92. Веденеев А С и др Письма в ЖЭТФ 106 387 (2017); Vedeneev A S et al JETP Lett. 106 411 (2017)
  93. Sebastian A, Le Gallo M, Eleftheriou E J. Phys. D 52 443002 (2019)
  94. Yamada N et al J. Appl. Phys. 69 2849 (1991)
  95. Fong S W, Neumann C M, Wong H-S P IEEE Trans. Electron Devices 64 4374 (2017)
  96. Ielmini D et al IEEE Electron Device Lett. 25 507 (2004)
  97. Xu X et al Nature 589 44 (2021)
  98. Kiselev A V et al J. Russ. Laser Res. 45 388 (2024)
  99. Gruverman A et al Nano Lett. 9 3539 (2009)
  100. Slesazeck S, Mikolajick T Nanotechnology 30 352003 (2019)
  101. Andreeva N V et al Adv. Electron. Mater. 10 2300806 (2024)
  102. Chouprik A et al Nanomaterials 13 3063 (2023)
  103. Takashima D et al IEEE J. Solid-State Circuits 36 1713 (2001)
  104. Böscke T S et al Appl. Phys. Lett. 99 102903 (2011)
  105. Lee J et al J. Alloys Compd. 990 174371 (2024)
  106. Wu J et al Nature Electron. 3 466 (2020)
  107. Wang X, Wang J Nature Electron. 3 440 (2020)
  108. Parkin S S P et al Nature Mater. 3 862 (2004)
  109. Slaughter J M Annu. Rev. Mater. Res. 39 277 (2009)
  110. Wang Z et al Nature Electron. 2 115 (2019)
  111. Kim Y-B et al 2011 Symp. on VLSI Technology, 14-16 June 2011, Kyoto, Japan. Digest of Technical Papers (Piscataway, NJ: IEEE, 2011) p. 52
  112. Papandreou N et al 2011 IEEE Intern. Symp. of Circuits and Systems, ISCAS, 15-18 May 2011, Rio de Janeiro, Brazil (Piscataway, NJ: IEEE, 2011) p. 329
  113. Shiokawa Y et al AIP Adv. 9 035236 (2019)
  114. Yuklyaevskikh G A et al BioNanoSci. 15 405 (2025)
  115. Vourkas I et al 2017 IEEE 8th Latin American Symp. on Circuits, LASCAS, 20-23 February 2017, Bariloche, Argentina (Piscataway, NJ: IEEE, 2017) p. 1
  116. Kim K M et al Sci. Rep. 6 20085 (2016)
  117. Alibart F et al Nanotechnology 23 075201 (2012)
  118. Никируй К Э и др Письма в ЖТФ 44 (10) 20 (2018); Nikiruy K E et al Tech. Phys. Lett. 44 416 (2018)
  119. Jiang H et al Sci. Rep. 6 28525 (2016)
  120. Wong H-S P et al Proc. IEEE 98 2201 (2010)
  121. Navarro G et al 2013 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, 9-11 December 2013, Washington, DC, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2013) p. 21.5
  122. Valov I et al Nanotechnology 22 289502 (2011)
  123. Mohammad B et al Nanotechnol. Rev. 5 311 (2016)
  124. Jiang H, Li C, Xia Q Jpn. J. Appl. Phys. 61 SM0802 (2022)
  125. Lanza M et al ACS Nano 15 17214 (2021)
  126. Chen B et al 2011 Intern. Electron Devices Meeting, 05-07 December 2011, Washington, DC, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2011) p. 12.3
  127. Padilla A et al J. Appl. Phys. 110 054501 (2011)
  128. Raoux S et al Microelectron. Eng. 85 2330 (2008)
  129. Lee M-J et al Nature Mater. 10 625 (2011)
  130. Kim I S et al 2010 Symp. on VLSI Technology, 15-17 June 2010, Honolulu, HI, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2010) p. 203
  131. Boyn S et al Appl. Phys. Lett. 104 052909 (2014)
  132. Chanthbouala A et al Nature Nanotechnol. 7 101 (2012)
  133. Strachan J P et al Nanotechnology 22 505402 (2011)
  134. Xiong F et al Science 332 568 (2011)
  135. Grezes C et al Appl. Phys. Lett. 108 012403 (2016)
  136. Choi B J et al Adv. Funct. Mater. 26 5290 (2016)
  137. Rao F et al Science 358 1423 (2017)
  138. Zhao H et al J. Phys. D 45 025001 (2012)
  139. Pi S et al Nature Nanotechnol. 14 35 (2019)
  140. Golonzka O et al 2019 Symp. on VLSI Technology, 9-14 June 2019, Kyoto, Japan (Piscataway, NJ: IEEE, 2019) p. T230
  141. Liang J et al 2011 Symp. on VLSI Technolog, Digest of Technical Papers, 14-16 June 2011, Kyoto, Japan (Piscataway, NJ: IEEE, 2011) p. 100
  142. Lee K et al 2018 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, IEDM, 1--5 December 2018, San Francisco, CA, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2018) p. 27.1.1
  143. Song Y J et al 2018 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, IEDM, 1-5 December 2018, San Francisco, CA, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2018) p. 18.2.1
  144. Park C et al 2018 IEEE Symp. on VLSI Technology, 18-22 June 2018, Honolulu, HI, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2018) p. 185
  145. Gao X S et al Appl. Phys. Lett. 101 142905 (2012)
  146. Luo Q et al 2017 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, IEDM, 2-6 December 2017, San Francisco, CA, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2017) p. 2.7.1
  147. Yoon K J, Kim Y, Hwang C S Adv. Electron. Mater. 5 1800914 (2019)
  148. Choi Y et al 2012 IEEE Intern. Solid-State Circuits Conf., 19-23 February 2012, San Francisco, CA, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2012) p. 46
  149. Михайлов А Н и др Нейротехнологии и нейроэлектроника 1 (1) 44 (2024)
  150. Szot K et al Nature Mater. 5 312 (2006)
  151. Choi S et al Nature Mater. 17 335 (2018)
  152. Li S-S, Su Y-K RSC Adv. 9 2941 (2019)
  153. Zhao L et al Appl. Phys. Lett. 102 083506 (2013)
  154. Sedghi N et al Appl. Phys. Lett. 110 102902 (2017)
  155. Dahl S G, Ivans R, Cantley K D ICONS '18: Proc. of the Intern. Conf. on Neuromorphic Systems, July 23-26, 2018, Knoxville, TN, USA (New York: Association for Computing Machinery, 2018) p. 1
  156. Ilin A S et al Appl. Phys. Lett. 126 143508 (2025)
  157. Zeng T et al Small 17 2006662 (2021)
  158. Ahn M et al Adv. Electron. Mater. 7 2001258 (2021)
  159. Lin C-Y et al IEEE Electron Device Lett. 29 1108 (2008)
  160. Wang Y et al Nanotechnology 21 045202 (2010)
  161. Lim S et al IEEE Electron Device Lett. 39 312 (2018)
  162. Швецов Б С и др Письма в ЖТФ 45 (21) 40 (2019); Shvetsov B S et al Tech. Phys. Lett. 45 1103 (2019)
  163. Yoon J H et al APL Mater. 11 090701 (2023)
  164. Li L et al Nanoscale 12 3267 (2020)
  165. Yang J J et al Adv. Mater. 22 4034 (2010)
  166. Андреева Н В и др Российские нанотехнологии 16 825 (2021); Andreeva N V et al Nanotechnol. Russia 16 790 (2021)
  167. Zhong S, Duan S, Cui Y RSC Adv. 4 40924 (2014)
  168. Филатов Д О и др ФТП 55 754 (2021); Filatov D O et al Semiconductors 55 731 (2021)
  169. Li C et al J. Appl. Phys. 116 114501 (2014)
  170. Мацукатова А Н и др Письма в ЖТФ 46 (2) 25 (2020); Matsukatova A N et al Tech. Phys. Lett. 46 73 (2020)
  171. Рыльков В В и др ЖЭТФ 158 164 (2020); Rylkov V V et al J. Exp. Theor. Phys. 131 160 (2020)
  172. Iliasov A I et al Nanoscale Horiz. 9 238 (2024)
  173. Chen L et al IEEE Electron Device Lett. 32 794 (2011)
  174. Liu Q et al ACS Nano 4 6162 (2010)
  175. Uenuma M et al Nanotechnology 22 215201 (2011)
  176. Banerjee W et al J. Appl. Phys. 110 074309 (2011)
  177. Wang D-T et al IEEE Electron Device Lett. 37 878 (2016)
  178. Banerjee W, Maikap S Proc. of Technical Program of 2012 VLSI Technology, System and Application, 23-25 April 2012, Hsinchu, Taiwan (Piscataway, NJ: IEEE, 2012) p. 1
  179. Fang Z et al IEEE Electron Device Lett. 32 566 (2011)
  180. Jiang Y et al Mater. Sci. Semicond. Process. 136 106131 (2021)
  181. Isaev A G, Permyakova O О, Rogozhin A Е Thin Solid Films 781 139993 (2023)
  182. Park J et al Chaos Solitons Fractals 191 115910 (2025)
  183. Pan C et al 2D Mater. 4 025099 (2017)
  184. Kormath Madam Raghupathy R et al Adv. Theory Simul. 2 1900036 (2019)
  185. Pan C et al Adv. Funct. Mater. 27 1604811 (2017)
  186. Joksas D et al Adv. Intell. Syst. 4 2200068 (2022)
  187. Novoselov K S et al Science 353 aac9439 (2016)
  188. Sanchez Esqueda I, Zhao H, Wang H J. Appl. Phys. 124 152133 (2018)
  189. Yeon C et al Small 14 1702747 (2018)
  190. Luo S et al Nanoscale 13 6654 (2021)
  191. Sangwan V K et al Nature Nanotechnol. 10 403 (2015)
  192. Krishnaprasad A et al ACS Nano 16 2866 (2022)
  193. Wang Y et al Small 15 1805431 (2019)
  194. Liu P et al Appl. Phys. Lett. 121 233501 (2022)
  195. Bala A et al ACS Nano 17 4296 (2023)
  196. Mu B et al J. Mater. Chem. C 8 12714 (2020)
  197. Gao S et al Chem. Soc. Rev. 48 1531 (2019)
  198. Park H-L, Lee T-W Organic Electron. 98 106301 (2021)
  199. Odintsov D S et al ChemPhysChem. 25 e202400266 (2024)
  200. Lee Y et al Joule 5 794 (2021)
  201. van de Burgt Y, Gkoupidenis P MRS Bull. 45 631 (2020)
  202. Matsukatova A N et al Organic Electron. 102 106455 (2022)
  203. Trofimov A D et al Nanoscale 17 8484 (2025)
  204. Zhu X, Lee J, Lu W D Adv. Mater. 29 1700527 (2017)
  205. Yoo E J et al Adv. Mater. 27 6170 (2015)
  206. Chen Q et al Adv. Electron. Mater. 5 1800852 (2019)
  207. Shi Y et al Nature Commun. 9 5312 (2018)
  208. Wang C-H et al 2018 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, IEDM, 1-5 December 2018, San Francisco, CA, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2018) p. 22.5.1
  209. Pedretti G et al Sci. Rep. 7 5288 (2017)
  210. Lastras-Montaño M A, Cheng K-T Nature Electron. 1 466 (2018)
  211. Yousefi A, Eslami N, Moaiyeri M H IEEE Access 10 105040 (2022)
  212. Zhang L et al IEEE Electron Device Lett. 35 199 (2014)
  213. Aluguri R, Tseng T-Y IEEE J. Electron Devices Soc. 4 294 (2016)
  214. Chen H-Y et al J. Electroceramics 39 21 (2017)
  215. Tang J et al 2018 IEEE Intern. Electron Devices Meeting, IEDM, 1-5 December 2018, San Francisco, CA, USA (Piscataway, NJ: IEEE, 2018) p. 13.1.1
  216. Fuller E J et al Adv. Mater. 29 1604310 (2017)
  217. van de Burgt Y et al Nature Mater. 16 414 (2017)
  218. Matsukatova A N et al Nanomaterials 12 3455 (2022)
  219. Sheridan P M et al Nature Nanotechnol. 12 784 (2017)
  220. Du C et al Nature Commun. 8 2204 (2017)
  221. Wang Z et al Nature Commun. 11 1510 (2020)
  222. Ильясов А И и др Письма в ЖТФ 47 (13) 3 (2021); Il'yasov A I et al Tech. Phys. Lett. 47 656 (2021)
  223. Demin V A et al Neural Networks 134 64 (2021)
  224. Никируй К Э и др Российские нанотехнологии 16 761 (2021); Nikiruy K E et al Nanotechnol. Russia 16 732 (2021)
  225. Stasenko S V et al Chaos Solitons Fractals 181 114648 (2024)
  226. Масленников О В др. УФН 192 1089 (2022); Maslennikov O V et al Phys. Usp. 65 1020 (2022)
  227. Vlasov D et al Neural Networks 166 512 (2023)
  228. Ji X et al AIP Conf. Proc. 2073 020094 (2019)
© Успехи физических наук, 1918–2026
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение