Предложен способ построения компьютера, напоминающего человеческий мозг
Ученые предложили способ построения компьютера, напоминающего человеческий мозг
Исследователи из США сообщили, что им удалось наблюдать так называемое хаотическое поведение в сегнетоэлектриках. Это неожиданное открытие, как они утверждают, в будущем может привести к развитию компьютеров, которые по принципу действия напоминают человеческий мозг, т.е. инструментов, позволяющих и хранить, и обрабатывать информацию с помощью одних и тех же элементов.
Совместная группа ученых из Oak Ridge National Lab и University of South Carolina (США) использовала острие сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), чтобы создавать «узоры» на поверхности сегнетоэлектриков.
[Spoiler (click to open)]
Как известно, для сегнетоэлектриков характерна спонтанная электрическая поляризация, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Таким образом, прикладывая напряжение между иглой СЗМ и электрически поляризованной поверхностью сегнетоэлектрика (ниобата лития), исследователи создавали «точки», в которых поляризация изменялась на противоположную. Расположение этих точек (и их наличие) впоследствии может быть определено при прохождении острия вдоль поверхности в режиме силовой микроскопии.
Описанная процедура позволила команде сохранить бинарную информацию на поверхности. Для задания «нуля» использовалась «точка» небольшого размера, а для «единицы» - большого (и это лишь один из примеров возможного кодирования).
Когда точки находились друг от друга на расстоянии порядка 500 нм, система работала очень хорошо. Но когда исследователи попытались сократить это расстояние, произошло нечто неожиданное. При попытке изменить поляризацию доменов, находящихся на более близком расстоянии, «точки» либо не формировались вовсе, либо создавали альтернативный рисунок, напоминающий шахматную доску.
На первый взгляд, такое поведение не имеет никакого смысла, поскольку до сих пор считалось, что, если уж домен образовывается, он должен появляться, вне зависимости от поведения окружающих областей.
Команда также обнаружила, что напряжение, которое используется для записи «точек», а также локальная влажность, влияют на формирующуюся картину.
После анализа результатов научная группа выявила, что в рамках данного явления наблюдается так называемое хаотическое поведение. Один домен может подавлять создание второго домена в непосредственной близости, но при этом способствовать формированию еще одного домена на большем расстоянии.
Как считают ученые, такого рода поведение в перспективе может использоваться для создания так называемого «мемкомпьютера», основанного на новой модели вычислений, которая использует элементы, и хранящие, и обрабатывающие информацию с помощью одних и тех же структур.
Прообразом идеи мемкомпьютеров является человеческий мозг, работа которого основана на нейронах и их связях. Синапсы могут хранить и обрабатывать информацию, грубо говоря, в одном и том же месте.
Если переводить это предположение на язык проведенного эксперимента, информация, закодированная при помощи размера доменов, автоматически проходила бы через логические операции, в соответствии с правилами, регулирующими отношения между близлежащими и отдаленными «точками».
Детали работы опубликованы в журнале Nature Physics.
sci-lib.com nanotechweb.org
Исследователи из США сообщили, что им удалось наблюдать так называемое хаотическое поведение в сегнетоэлектриках. Это неожиданное открытие, как они утверждают, в будущем может привести к развитию компьютеров, которые по принципу действия напоминают человеческий мозг, т.е. инструментов, позволяющих и хранить, и обрабатывать информацию с помощью одних и тех же элементов.
Совместная группа ученых из Oak Ridge National Lab и University of South Carolina (США) использовала острие сканирующего зондового микроскопа (СЗМ), чтобы создавать «узоры» на поверхности сегнетоэлектриков.
[Spoiler (click to open)]
Как известно, для сегнетоэлектриков характерна спонтанная электрическая поляризация, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Таким образом, прикладывая напряжение между иглой СЗМ и электрически поляризованной поверхностью сегнетоэлектрика (ниобата лития), исследователи создавали «точки», в которых поляризация изменялась на противоположную. Расположение этих точек (и их наличие) впоследствии может быть определено при прохождении острия вдоль поверхности в режиме силовой микроскопии.
Описанная процедура позволила команде сохранить бинарную информацию на поверхности. Для задания «нуля» использовалась «точка» небольшого размера, а для «единицы» - большого (и это лишь один из примеров возможного кодирования).
Когда точки находились друг от друга на расстоянии порядка 500 нм, система работала очень хорошо. Но когда исследователи попытались сократить это расстояние, произошло нечто неожиданное. При попытке изменить поляризацию доменов, находящихся на более близком расстоянии, «точки» либо не формировались вовсе, либо создавали альтернативный рисунок, напоминающий шахматную доску.
На первый взгляд, такое поведение не имеет никакого смысла, поскольку до сих пор считалось, что, если уж домен образовывается, он должен появляться, вне зависимости от поведения окружающих областей.
Команда также обнаружила, что напряжение, которое используется для записи «точек», а также локальная влажность, влияют на формирующуюся картину.
После анализа результатов научная группа выявила, что в рамках данного явления наблюдается так называемое хаотическое поведение. Один домен может подавлять создание второго домена в непосредственной близости, но при этом способствовать формированию еще одного домена на большем расстоянии.
Как считают ученые, такого рода поведение в перспективе может использоваться для создания так называемого «мемкомпьютера», основанного на новой модели вычислений, которая использует элементы, и хранящие, и обрабатывающие информацию с помощью одних и тех же структур.
Прообразом идеи мемкомпьютеров является человеческий мозг, работа которого основана на нейронах и их связях. Синапсы могут хранить и обрабатывать информацию, грубо говоря, в одном и том же месте.
Если переводить это предположение на язык проведенного эксперимента, информация, закодированная при помощи размера доменов, автоматически проходила бы через логические операции, в соответствии с правилами, регулирующими отношения между близлежащими и отдаленными «точками».
Детали работы опубликованы в журнале Nature Physics.
sci-lib.com nanotechweb.org