Ttv24h.vn

Những câu chuyện nóng hổi, ​​những tiêu đề tin tức mới nhất về thời sự, kinh doanh và giải trí từ Việt Nam.

Thiết bị điện toán phân tử mới có tiềm năng tái cấu hình chưa từng có gợi nhớ đến màu sắc của não

Trong một khám phá được công bố trên tạp chí bản chất nóng nảy, Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã mô tả một thiết bị phân tử mới với sự khéo léo tính toán đặc biệt.

Gợi nhớ đến sự linh hoạt trong giao tiếp của bộ não con người, thiết bị có thể được cấu hình lại khi đang bay để thực hiện các tác vụ tính toán khác nhau chỉ đơn giản bằng cách thay đổi điện áp áp dụng. Hơn nữa, cũng giống như các tế bào thần kinh có thể lưu trữ ký ức, bản thân thiết bị cũng có thể lưu giữ thông tin để truy xuất và xử lý trong tương lai.

Bộ não có một khả năng đáng kinh ngạc trong việc thay đổi các dây xung quanh nó bằng cách tạo và cắt các kết nối giữa các nơ-ron. Tiến sĩ R. cho biết. Stanley Williams, giáo sư Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính tại Đại học Texas A&M, cho biết việc đạt được điều gì đó tương tự trong một hệ thống vật lý là rất khó. “Hiện chúng tôi đã tạo ra một thiết bị phân tử có tiềm năng tái thiết đáng kể, điều này đạt được không phải bằng cách thay đổi các kết nối vật lý như trong não, mà bằng cách lập trình lại logic của nó.”

Tiến sĩ T. Venkatesan, giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Công nghệ Lượng tử (CQRT) tại Đại học Oklahoma, thành viên khoa học của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia, Gaithersburg, và trợ lý giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Quốc gia Singapore cho biết thêm rằng các thiết bị phân tử của họ trong tương lai có thể giúp thiết kế chip xử lý Thế hệ tiếp theo với sức mạnh và tốc độ tính toán được cải thiện, nhưng tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể.

Dù là một chiếc máy tính xách tay quen thuộc hay một siêu máy tính cao cấp, công nghệ kỹ thuật số đều phải đối mặt với kẻ thù chung là nút thắt cổ chai von Neumann. Sự chậm trễ trong xử lý tính toán này là hệ quả của kiến ​​trúc máy tính hiện tại, nơi bộ nhớ, chứa dữ liệu và chương trình, được tách biệt về mặt vật lý với bộ xử lý. Kết quả là, các máy tính dành nhiều thời gian để truyền thông tin giữa hai hệ thống, điều này gây ra điều chỉnh. Ngoài ra, mặc dù tốc độ bộ xử lý rất cao, các thiết bị này có thể không hoạt động trong thời gian dài trong thời gian trao đổi thông tin.

READ  Reverend Pamela Conrad: Gặp gỡ Nhà khoa học Mars Rover, người cũng là một linh mục

Là một giải pháp thay thế cho các bộ phận điện tử truyền thống được sử dụng để thiết kế mô-đun bộ nhớ và bộ xử lý, các thiết bị được gọi là bộ nhớ cung cấp một cách để phá vỡ nút thắt cổ chai von Neumann. Chất tạo màng, chẳng hạn như chất làm từ niobium dioxide và vanadi dioxide, chuyển từ vai trò là chất cách điện thành chất dẫn điện ở một nhiệt độ cụ thể. Thuộc tính này cung cấp cho các loại memristor này khả năng thực hiện các phép tính và lưu trữ dữ liệu.

Tuy nhiên, mặc dù có nhiều ưu điểm, các memristor oxit kim loại này được làm bằng các nguyên tố đất hiếm và chỉ có thể hoạt động trong các chế độ nhiệt độ hạn chế. Do đó, đã có một cuộc tìm kiếm đang diễn ra đối với các phân tử hữu cơ đầy hứa hẹn có thể thực hiện một chức năng ghi nhớ tương tự, Williams nói.

Tiến sĩ Sriprata Goswami, Giáo sư tại Hiệp hội Khoa học Trồng trọt Ấn Độ, đã thiết kế các vật liệu được sử dụng trong công trình này. Khu phức hợp chứa một khoáng chất trung tâm Ngô (sắt) được liên kết với ba phân tử hữu cơ phenyl azopyridin được gọi là liên kết.

Sriprata cho biết: “Điều này hoạt động giống như một miếng bọt biển điện tử có thể hấp thụ ngược chiều tới 6 electron, dẫn đến 7 trạng thái oxy hóa khử khác nhau. “Mối quan hệ tương hỗ giữa các trạng thái này là chìa khóa đằng sau sự tái cấu hình được mô tả trong tác phẩm này.”

Tiến sĩ Sritush Goswami, một nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Singapore, đã nghĩ ra dự án này bằng cách tạo ra một vi mạch bao gồm một lớp màng phân tử 40 nanomet được kẹp giữa một lớp vàng trên cùng và một đĩa nano được đánh bóng bằng vàng và ôxít thiếc indium. Ở dưới cùng.

Khi một điện áp âm được đặt vào thiết bị, Sritosh nhìn thấy một hồ sơ điện áp hiện tại như chưa từng thấy trước đây. Không giống như các memristor oxit kim loại có thể chuyển từ kim loại sang chất cách điện chỉ với một điện áp không đổi, các thiết bị phân tử hữu cơ có thể chuyển đổi qua lại từ chất cách điện sang chất dẫn điện ở điện áp nối tiếp riêng biệt.

READ  Cậu bé Michigan tìm thấy chiếc răng lịch sử của voi răng mấu ở Vịnh Rochester Hills

“Vì vậy, nếu bạn nghĩ về thiết bị như một công tắc bật-tắt, nơi chúng tôi quét điện áp âm hơn, thiết bị ban đầu chuyển từ bật sang tắt, sau đó tắt sang bật, sau đó bật tắt và bật lại”, Venkatesan nói .: “Tôi sẽ nói rằng chúng tôi vừa nổ tung khỏi chỗ ngồi của mình.” “Chúng tôi phải thuyết phục bản thân rằng những gì chúng tôi đang thấy là thật.”

Sreetosh và Sreebrata đã nghiên cứu các cơ chế phân tử nền tảng của hành vi chuyển mạch kỳ lạ bằng cách sử dụng một kỹ thuật hình ảnh gọi là quang phổ Raman. Đặc biệt, họ đã tìm kiếm các dấu hiệu quang phổ trong chuyển động dao động của một phân tử hữu cơ có thể giải thích nhiều quá trình chuyển đổi. Nghiên cứu của họ cho thấy rằng các điện áp âm quét qua buộc các liên kết trên phân tử phải trải qua một loạt các sự kiện giảm, hoặc tăng electron, khiến phân tử chuyển đổi giữa trạng thái ngoài và trạng thái.

Sau đó, để mô tả một cách toán học cấu hình điện áp dòng điện rất phức tạp của một thiết bị phân tử, Williams đã rời khỏi cách tiếp cận truyền thống đối với các phương trình dựa trên vật lý cơ bản. Thay vào đó, hãy mô tả hành vi của các hạt bằng thuật toán cây quyết định với các câu lệnh “if-then-else”, một dòng mã phổ biến trong nhiều chương trình máy tính, đặc biệt là trò chơi kỹ thuật số.

“Trò chơi điện tử có cấu trúc trong đó bạn có một nhân vật làm điều gì đó và kết quả là điều gì đó xảy ra. Và vì vậy, nếu bạn viết điều đó vào một thuật toán máy tính, đó là một nếu.” Tôi đã có một khoảnh khắc thú vị khi sử dụng cây quyết định để mô tả các thiết bị này và nó hoạt động rất tốt. “

Nhưng các nhà nghiên cứu đã tiến xa hơn trong việc khai thác các thiết bị phân tử này để chạy các chương trình cho các nhiệm vụ tính toán khác nhau trong thế giới thực. Sreetosh đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng máy của họ có thể thực hiện các phép tính khá phức tạp trong một bước thời gian và sau đó được lập trình lại để thực hiện một nhiệm vụ khác trong thời điểm tiếp theo.

READ  Bất chấp những lời phàn nàn, NASA sẽ không đổi tên Kính viễn vọng Không gian James Webb: báo cáo

Sritosh nói: “Điều đó rất bất thường; bộ máy của chúng ta đang làm điều gì đó giống như những gì bộ não làm, nhưng theo một cách hoàn toàn khác. nó. Tương tự như vậy, chúng tôi có thể lập trình lại hoặc cấu hình lại các thiết bị của mình một cách hợp lý bằng cách cung cấp cho chúng một xung điện áp khác với những gì chúng tôi đã thấy trước đây. “

Venkatesan lưu ý rằng sẽ cần hàng nghìn bóng bán dẫn để thực hiện các chức năng tính toán giống như một trong các thiết bị phân tử của chúng với các cây quyết định khác nhau. Do đó, ông cho biết công nghệ của họ trước tiên có thể được sử dụng trong các thiết bị di động, chẳng hạn như điện thoại di động và cảm biến, cũng như các ứng dụng khác khi nguồn điện bị hạn chế.

Tham khảo: “Cây quyết định trong ký ức phân tử” của Sreetosh Goswami, Rajib Pramanick, Abhijeet Patra, Santi Prasad Rath, Martin Foltin, A. Ariando, Damien Thompson, T. Venkatesan, Sreebrata Goswami, R. Stanley Williams, ngày 1 tháng 9 năm 2021, Có sẵn ở đây. bản chất nóng nảy.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03748-0

Những người đóng góp khác cho nghiên cứu bao gồm Tiến sĩ Abhijit Batra và Tiến sĩ Ariando từ Đại học Quốc gia Singapore; Rajeeb Bramanik và Dr. Santi Prasad Rath của Hiệp hội Khoa học Trồng trọt Ấn Độ; NS.. Martin Folten của Hewlett Packard Enterprise, Colorado; và Tiến sĩ Damien Thompson từ Đại học Limerick ở Ireland.

Venkatesan cho biết nghiên cứu này là dấu hiệu cho thấy những khám phá trong tương lai từ nhóm hợp tác này, bao gồm Trung tâm Khoa học và Kỹ thuật nano tại Viện Khoa học Ấn Độ và Phòng Hệ thống vi mô và Công nghệ nano tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST).

Nghiên cứu liên ngành và đa quốc gia này được hỗ trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Singapore trong các Chương trình Nghiên cứu Cạnh tranh của tổ chức này; Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật, Ấn Độ; Chương trình X-Grants Fund of Excellence của Tổng thống Texas A&M; Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu, Singapore, dưới sự Tài trợ Nghiên cứu Cá nhân cho Sản xuất và Kỹ thuật Tiên tiến; quỹ khởi nghiệp tại CQRT Đại học Oklahoma; và Quỹ Khoa học, Ireland.