У відкритті, опублікованому в журналі вдача, Міжнародна група дослідників описала новий молекулярний пристрій з винятковою обчислювальною винахідливістю.
Нагадуючи гнучкість зв’язку людського мозку, пристрій можна переналаштувати в польоті для виконання різних обчислювальних завдань, просто змінивши подану напругу. Крім того, так само як нейрони можуть зберігати спогади, сам пристрій також може зберігати інформацію для майбутнього пошуку та обробки.
Мозок має дивовижну здатність змінювати дроти навколо себе, створюючи та перерізаючи зв’язки між нейронами. Доктор Р. сказав: Стенлі Вільямс, професор кафедри електротехнічної та обчислювальної техніки Техаського університету A&M, сказав, що досягти чогось подібного у фізичній системі було дуже важко. “Зараз ми створили молекулярний пристрій з потенціалом драматичного ремоделювання, яке досягається не шляхом зміни фізичних зв’язків, як у мозку, а шляхом перепрограмування його логіки”.
Д -р Т. Венкатесан, директор Центру квантових досліджень і технологій (CQRT) Університету Оклахоми, науковий член Національного інституту стандартів і технологій, itherейтерсбург, та доцент кафедри електротехніки та обчислювальної техніки Національного університету м. Сінгапур додав, що їхні молекулярні пристрої в майбутньому можуть допомогти спроектувати мікросхеми обробки.Наступне покоління з покращеною обчислювальною потужністю та швидкістю, але споживає значно менше енергії.
Будь то знайомий ноутбук або суперкомп’ютер високого класу, цифрові технології стикаються зі спільним ворогом-вузьким місцем фон Неймана. Ця затримка обчислювальної обробки є наслідком сучасних комп’ютерних архітектур, де пам’ять, яка містить дані та програми, фізично відокремлена від процесора. В результаті комп’ютери тривалий час передають інформацію між двома системами, що спричиняє дроселювання. Крім того, незважаючи на дуже високу швидкість процесора, ці пристрої можуть тривалий час перебувати в режимі простою протягом періодів обміну інформацією.
В якості альтернативи традиційним електронним деталям, що використовуються для конструювання модулів пам’яті та процесорів, пристрої під назвою мемристори дають можливість обійти вузьке місце фон Неймана. Мемристори, такі як з діоксиду ніобію та діоксиду ванадію, переходять від ізолятора до провідника при певній температурі. Ця властивість надає цим типам мемристорів можливість виконувати розрахунки та зберігати дані.
Однак, незважаючи на численні переваги, ці мемристори з оксиду металу виготовлені з рідкоземельних елементів і можуть працювати лише в обмежених температурних режимах. Отже, йде постійний пошук перспективних органічних молекул, які можуть виконувати подібну меморіальну функцію, сказав Вільямс.
Доктор Шріпрата Госвамі, професор Індійської асоціації культивування науки, розробив матеріали, використані у цій роботі. Комплекс містить центральний мінерал кукурудза (залізо) пов’язане з трьома органічними молекулами фенілазопіридину, які називаються зв’язками.
“Це поводиться як електронна губка, яка може оборотно поглинати до шести електронів, що призводить до семи різних окисно -відновних станів”, – сказав Шріпрата. “Взаємозв’язок між цими станами є ключем до реконфігурації, описаної в цій роботі”.
Доктор Срітуш Госвамі, дослідник Національного університету Сінгапуру, розробив проект, створивши мікросхему, що складається з 40-нанометрового шару молекулярної плівки, затиснутої між шаром золота зверху та нанодиском, полірованим оксидом золота та оксиду індію. На дні.
Коли до пристрою було подано негативну напругу, Срітош побачив профіль напруги струму, такого, якого ніхто раніше не бачив. На відміну від мемристорів з оксиду металу, які можуть перемикатися з металу на ізолятор лише з однією постійною напругою, органічні молекулярні пристрої можуть перемикатися вперед і назад від ізолятора до провідника з окремою послідовною напругою.
“Отже, якщо ви думаєте про пристрій як про вимикач увімкнення-вимкнення, де напруга була більш негативною, пристрій спочатку переходив із режиму вмикання-вимикання, потім вимикання, потім вимикання, а потім знову вмикання”,-сказав Венкатесан. : “Я скажу, що ми просто зірвалися з місця.”
Срітош та Срібрата досліджували молекулярні механізми, що лежать в основі дивної поведінки перемикання, використовуючи техніку візуалізації, що називається КР -спектроскопією. Зокрема, вони шукали спектральні ознаки у коливальному русі органічної молекули, які могли б пояснити множинні переходи. Їхні дослідження показали, що негативні напруги, що розгортаються, змушують зв’язки в молекулі зазнавати серії подій відновлення або посилення електронів, що спричинило перехід молекули між станом і станом.
Потім, щоб математично описати дуже складний профіль напруга струм молекулярного пристрою, Вільямс відійшов від традиційного підходу до фундаментальних рівнянь на основі фізики. Натомість опишіть поведінку частинок за допомогою алгоритму дерева рішень з операторами “якщо-то-ще”, загальним рядком коду в багатьох комп’ютерних програмах, особливо в цифрових іграх.
“Відеоігри мають структуру, в якій у вас є персонаж, який щось робить, а потім у результаті щось відбувається. І тому, якщо ви запишете це в комп’ютерний алгоритм, це якщо.” ці пристрої, і вони працювали дуже добре “.
Але дослідники пішли настільки далеко, що використовували ці молекулярні пристрої для запуску програм для різних реальних обчислювальних завдань. Срітош експериментально продемонстрував, що їх машини можуть виконувати досить складні обчислення за один крок, а потім перепрограмувати їх для виконання іншого завдання в наступний момент.
“Це було дуже незвично; наш апарат робив щось подібне до того, що робить мозок, але зовсім по -іншому”, – сказав Срітош. “Коли ви дізнаєтесь щось нове або коли ви вирішите, мозок може насправді переналаштувати і змінити фізичні дроти навколо це. Так само ми можемо логічно перепрограмувати або змінити конфігурацію наших пристроїв, подавши їм інший імпульс напруги, ніж вони бачили раніше “.
Венкатесан зазначив, що для виконання тих самих обчислювальних функцій, як і для одного з їх молекулярних пристроїв з різними деревами прийняття рішень, знадобляться тисячі транзисторів. Отже, він сказав, що їхня технологія може бути вперше використана в мобільних пристроях, таких як мобільні телефони та датчики, та інших додатках, де потужність обмежена.
Довідка: «Дерева рішень у молекулярному мемрісторі» Срітош Госвамі, Раджіб Праманік, Абхієт Патра, Санці Прасад Рат, Мартін Фолтін, А. Аріандо, Демієн Томпсон, Т. Венкатесан, Срібрата Госвамі, Р. Стенлі Вільямс, 1 вересня 2021 р., Доступно тут. темпераментний характер.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03748-0
Серед інших авторів дослідження – доктор Абхіджит Батра та доктор Аріандо з Національного університету Сінгапуру; Раджеб Браманік та доктор Санти Прасад Рат, Індійська асоціація культивування науки; Доктор.. Мартін Фолтен з Hewlett Packard Enterprise, Колорадо; та доктор Демієн Томпсон з Університету Лімерика в Ірландії.
Венкатесан сказав, що це дослідження є свідченням майбутніх відкриттів цієї спільної команди, яка включатиме Центр нанонауки та інженерії Індійського інституту наук та Департамент мікросистем та нанотехнологій Національного інституту стандартів та технологій (NIST).
Це міждисциплінарне та багатонаціональне дослідження було підтримано Сінгапурським національним науковим фондом у рамках його Конкурентних програм досліджень; Науково -технічна дослідницька рада, Індія; Техаська програма президентських фондів досконалості X-грантів Президента США; Наука, технології та дослідження, Сінгапур, у рамках індивідуальних наукових грантів для передового виробництва та машинобудування; стартові кошти в Університеті Оклахоми CQRT; та Науковий фонд, Ірландія.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
