Tænd logik:Ingeniører udfører beregningslogik med lys

For første gang, forskere har udført logiske operationer med en kemisk enhed ved hjælp af elektriske felter og ultraviolet lys. Apparatet og de banebrydende metoder åbner op for forskningsmuligheder, inklusive laveffekt, højtydende computerchips.

Halvlederchips omfatter små elektroniske transistorer på siliciumlejer. Sådanne enheder kan ikke gøres meget mindre, fordi kvanteeffekter vil begynde at dominere. Af denne grund, ingeniører søger nye teknikker og materialer til at udføre logik og hukommelsesfunktioner.

Doktorand Keiichi Yano, lektor Yoshimitsu Itoh og professor Takuzo Aida fra Institut for Kemi og Bioteknologi ved Tokyos Universitet har udviklet en enhed med funktioner, der er nyttige til beregning. Konventionelle computere bruger elektrisk ladning til at repræsentere binære cifre (en-taller og nuller), men den nye enhed bruger elektriske felter og UV-lys. Disse giver mulighed for lavere effektdrift og skaber mindre varme end konventionelle chips.

Enheden er også meget forskellig fra nuværende halvlederchips, da det er kemisk af natur. Denne egenskab giver anledning til dens potentielle anvendelighed i fremtidens beregninger. Det er ikke kun effekt- og varmefordel; denne enhed kunne også fremstilles billigt og nemt. Enheden har skive- og stavformede molekyler, der selv samles til vindeltrappe-lignende former kaldet kolonneformede flydende krystaller (CLC) under de rigtige forhold.

"En ting, jeg elsker ved at skabe en enhed ved hjælp af kemi, er, at det handler mindre om at 'bygge' noget; i stedet, det er mere beslægtet med at 'dyrke' noget, " siger Itoh. "Med delikat præcision, vi lokker vores forbindelser til at danne forskellige former med forskellige funktioner. Tænk på det som programmering med kemi."

Før en logisk operation begynder, forskerne placerer en prøve af CLC'er mellem to glasplader dækket af elektroder. Lys, der er polariseret - vibrerende i et enkelt plan - passerer gennem prøven til en detektor på den anden side.

I prøvens standardtilstand, CLC'erne eksisterer i en tilfældigt orienteret tilstand, der tillader lyset at nå detektoren. Når enten det elektriske felt eller UV-lyset er tændt individuelt og derefter slukket, det detekterede output forbliver det samme. Men når det elektriske felt og UV-lyset tændes sammen og derefter slukkes igen efter cirka et sekund, CLC'erne stiller op på en måde, der blokerer detektoren fra lyset.

Hvis udgangstilstandene for lys og mørke og inputtilstandene for det elektriske felt og UV-lys alle er tildelt binære cifre for at identificere dem, så har processen effektivt udført det, der kaldes en logisk OG-funktion – alle input til funktionen skal være "én", for at outputtet er "én".

"OG-funktionen er en af ​​flere grundlæggende logiske funktioner, men den vigtigste til beregning er NOT-AND eller NAND-funktionen. Dette er et af flere områder for yderligere forskning, " forklarer Yano. "Vi ønsker også at øge hastigheden og tætheden af ​​CLC'erne for at gøre dem mere praktiske at bruge. Jeg er fascineret af, hvordan selvsamlende molekyler som dem, vi bruger til at lave CLC'erne, giver anledning til fænomener som logiske funktioner."