Οι κλασικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν δυαδικές τιμές (0/1) για να εκτελέσουν. Αντίθετα, τα εγκεφαλικά μας κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιούν περισσότερες τιμές για να λειτουργήσουν, καθιστώντας τα πιο ενεργειακά αποδοτικά από τους υπολογιστές.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επιστήμονες ενδιαφέρονται για τον υπολογισμό των νευρομορφικών (εγκεφάλων). Οι φυσικοί από το Πανεπιστήμιο του Γκρόνινγκεν έχουν χρησιμοποιήσει ένα σύνθετο οξείδιο για να δημιουργήσουν στοιχεία συγκρίσιμα με τους νευρώνες και τις συνάψεις στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας περιστροφές, μια μαγνητική ιδιότητα των ηλεκτρονίων. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύθηκαν στις 18 Μαΐου στο περιοδικό Frontiers in Nanotechnology.
Αν και οι υπολογιστές μπορούν να κάνουν απλούς υπολογισμούς πολύ πιο γρήγορα από τους ανθρώπους, οι εγκέφαλοί μας ξεπερνούν τις μηχανές πυριτίου σε εργασίες όπως η αναγνώριση αντικειμένων. Επιπλέον, ο εγκέφαλός μας χρησιμοποιεί λιγότερη ενέργεια από τους υπολογιστές. Μέρος αυτού εξηγείται με τον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου μας: ενώ ένας υπολογιστής χρησιμοποιεί ένα δυαδικό σύστημα (με τιμές 0 ή 1), τα εγκεφαλικά κύτταρα μπορούν να παρέχουν περισσότερα αναλογικά σήματα με μια σειρά τιμών.
Λεπτές ταινίες
Η λειτουργία του εγκεφάλου μας μπορεί να προσομοιωθεί σε υπολογιστές, αλλά η βασική αρχιτεκτονική εξακολουθεί να βασίζεται σε ένα δυαδικό σύστημα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επιστήμονες αναζητούν τρόπους να το επεκτείνουν, δημιουργώντας ένα υλικό που μοιάζει περισσότερο με τον εγκέφαλο, αλλά θα διασυνδέεται επίσης με κανονικούς υπολογιστές.
«Μια ιδέα είναι η δημιουργία μαγνητικών bit που μπορούν να έχουν ενδιάμεσες καταστάσεις», λέει η Tamalika Banerjee, καθηγήτρια Spintronics of Functional Materials στο Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen. Εργάζεται στη σπιντρονική, η οποία χρησιμοποιεί μια μαγνητική ιδιότητα ηλεκτρονίων που ονομάζεται «περιστροφή» για τη μεταφορά, τον χειρισμό και την αποθήκευση πληροφοριών.
Σε αυτή τη μελέτη, η διδακτορική της φοιτήτρια Anouk Goossens, πρώτη συγγραφέας της εφημερίδας, δημιούργησε λεπτές μεμβράνες από σιδηρομαγνητικό μέταλλο (στρόντιο-ρουθηνικό οξείδιο, SRO) που αναπτύχθηκε σε υπόστρωμα οξειδίου τιτανικού στροντίου. Η προκύπτουσα λεπτή μεμβράνη περιείχε μαγνητικούς τομείς που ήταν κάθετοι στο επίπεδο της μεμβράνης.
«Αυτά μπορούν να αλλάξουν πιο αποτελεσματικά από τα μαγνητικά πεδία εντός του επιπέδου», εξηγεί η Goossens. Με την προσαρμογή των συνθηκών ανάπτυξης, είναι δυνατός ο έλεγχος του κρυσταλλικού προσανατολισμού στο SRO. Προηγουμένως, μαγνητικά πεδία έχουν κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας άλλες τεχνικές, αλλά αυτά συνήθως απαιτούν σύνθετες δομές στρώματος.
Μαγνητική ανισοτροπία
Οι μαγνητικοί τομείς μπορούν να αλλάξουν χρησιμοποιώντας ένα ρεύμα μέσω ενός ηλεκτροδίου λευκοχρύσου στην κορυφή του SRO.
Goossens: «Όταν τα μαγνητικά πεδία προσανατολίζονται τέλεια κάθετα προς την ταινία, αυτή η αλλαγή είναι ντετερμινιστική: ολόκληρος ο τομέας θα αλλάξει».
Ωστόσο, όταν οι μαγνητικοί τομείς είναι ελαφρώς κεκλιμένοι, η απόκριση είναι πιθανή: δεν είναι όλες οι περιοχές ίδιες και οι ενδιάμεσες τιμές συμβαίνουν όταν μόνο μέρος των κρυστάλλων στην περιοχή έχουν αλλάξει
Επιλέγοντας παραλλαγές του υποστρώματος στο οποίο αναπτύσσεται το SRO, οι επιστήμονες μπορούν να ελέγξουν τη μαγνητική ανισοτροπία του. Αυτό τους επιτρέπει να παράγουν δύο διαφορετικές σπιντρονικές συσκευές. «Αυτή η μαγνητική ανισοτροπία είναι ακριβώς αυτό που θέλαμε», λέει η Goossens. «Η πιθανότητα μεταγωγής συγκρίνεται με τον τρόπο λειτουργίας των νευρώνων,
Οι επιστήμονες αναμένουν ότι στο μέλλον, μπορεί να δημιουργηθεί υλικός υπολογιστής που μοιάζει με εγκέφαλο συνδυάζοντας αυτούς τους διαφορετικούς τομείς σε μια σπιντρονική συσκευή που μπορεί να συνδεθεί με τυπικά κυκλώματα με βάση το πυρίτιο.
Επιπλέον, η πιθανότητα μεταγωγής θα επέτρεπε επίσης στοχαστικό υπολογισμό, μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που αντιπροσωπεύει συνεχείς τιμές από ροές τυχαίων bits. Banerjee: «Βρήκαμε έναν τρόπο να ελέγξουμε τις ενδιάμεσες καταστάσεις, όχι μόνο για τη μνήμη αλλά και για τους υπολογιστές».