Nyt materiale kunne skabe neuroner og synapser til nye computere

Klassiske computere bruger binære værdier (0/1) til at udføre. Derimod vores hjerneceller kan bruge flere værdier til at fungere, gør dem mere energieffektive end computere. Dette er grunden til, at videnskabsmænd er interesserede i neuromorfisk (hjernelignende) databehandling. Fysikere fra University of Groningen (Holland) har brugt et komplekst oxid til at skabe elementer, der kan sammenlignes med neuronerne og synapserne i hjernen ved hjælp af spins, en magnetisk egenskab ved elektroner. Deres resultater blev offentliggjort den 18. maj i tidsskriftet Grænser i nanoteknologi.

Selvom computere kan lave ligefremme beregninger meget hurtigere end mennesker, vores hjerner udkonkurrerer siliciummaskiner i opgaver som objektgenkendelse. Desuden, vores hjerne bruger mindre energi end computere. En del af dette kan forklares med den måde, vores hjerne fungerer på:hvorimod en computer bruger et binært system (med værdierne 0 eller 1), hjerneceller kan give flere analoge signaler med en række værdier.

Tynde film

Funktionen af ​​vores hjerner kan simuleres i computere, men den grundlæggende arkitektur er stadig afhængig af et binært system. Det er derfor, videnskabsmænd leder efter måder at udvide dette på, skabe hardware, der er mere hjerne-lignende, men vil også kommunikere med normale computere. "En idé er at skabe magnetiske bits, der kan have mellemtilstande, " siger Tamalika Banerjee, Professor i Spintronics of Functional Materials ved Zernike Institute for Advanced Materials, Universitetet i Groningen. Hun arbejder med spintronics, som bruger en magnetisk egenskab af elektroner kaldet 'spin' til at transportere, manipulere og opbevare information.

I dette studie, hendes ph.d. studerende Anouk Goossens, avisens første forfatter, skabt tynde film af et ferromagnetisk metal (strontium-ruthenatoxid, SRO) dyrket på et substrat af strontiumtitanatoxid. Den resulterende tynde film indeholdt magnetiske domæner, der var vinkelret på filmens plan. "Disse kan skiftes mere effektivt end magnetiske domæner i planet, " forklarer Goossens. Ved at tilpasse vækstbetingelserne, det er muligt at styre krystalorienteringen i SRO. Tidligere, magnetiske domæner uden for planet er blevet lavet ved hjælp af andre teknikker, men disse kræver typisk komplekse lagstrukturer.

Magnetisk anisotropi

De magnetiske domæner kan skiftes ved hjælp af en strøm gennem en platinelektrode oven på SRO'en. Goossens:"Når de magnetiske domæner er orienteret perfekt vinkelret på filmen, dette skifte er deterministisk:hele domænet vil skifte." når de magnetiske domæner er lidt skråtstillet, svaret er sandsynligt:​​ikke alle domænerne er ens, og mellemværdier opstår, når kun en del af krystallerne i domænet er skiftet.

Ved at vælge varianter af substratet, som SRO'en dyrkes på, forskerne kan kontrollere dens magnetiske anisotropi. Dette giver dem mulighed for at producere to forskellige spintronic-enheder. "Denne magnetiske anisotropi er præcis, hvad vi ønskede, " siger Goossens. "Probabilistisk skift sammenlignes med, hvordan neuroner fungerer, mens det deterministiske skifte er mere som en synapse."

Forskerne forventer, at i fremtiden, hjernelignende computerhardware kan skabes ved at kombinere disse forskellige domæner i en spintronisk enhed, der kan forbindes til standard siliciumbaserede kredsløb. Desuden, probabilistisk skift ville også give mulighed for stokastisk databehandling, en lovende teknologi, som repræsenterer kontinuerlige værdier ved strømme af tilfældige bits. Banerjee:"Vi har fundet en måde at kontrollere mellemtilstande på, ikke kun for hukommelsen, men også til computeren."