Foto: AI/ScienceDaily

Úvod do nové éry molekulární elektroniky

Vědci vyvinuli molekulární zařízení, která mohou měnit své role a chovat se jako paměťové, logické nebo učící se prvky v rámci jedné struktury. Tento průlom vychází z přesného chemického návrhu, který umožňuje elektronům a iontům dynamicky se reorganizovat. Na rozdíl od konvenční elektroniky tato zařízení nejen napodobují inteligenci, ale fyzicky ji zakódují. Tento přístup by mohl přetvořit způsob, jakým je budoucí AI hardware konstruován.

Autor původního článku: redakce

Výzkum a vývoj na Indickém institutu věd

Výzkumníci vytvořili molekulární zařízení, která mohou v reálném čase přizpůsobovat své chování a fungovat jako paměť, logika nebo umělé synapse. Tento objev přibližuje elektroniku k materiálům, které se učí způsobem, jakým to dělají mozky. Více než 50 let vědci hledali alternativy ke křemíku jako základu elektronických zařízení postavených z molekul. Ačkoli byl koncept přitažlivý, praktický pokrok se ukázal být mnohem obtížnějším.

Konvergence dvou cest

Nová studie z Indického institutu věd (IISc) naznačuje, že tyto dva dlouhodobé úsilí se konečně mohou spojit. V rámci spolupráce, která spojuje chemii, fyziku a elektrotechniku, tým vedený Sreetoshem Goswamim, asistentem profesora na Centru pro nanovědu a inženýrství (CeNSE), vyvinul drobná molekulární zařízení, jejichž chování lze ladit různými způsoby. V závislosti na tom, jak jsou stimulována, může stejné zařízení fungovat jako paměťový prvek, logická brána, selektor, analogový procesor nebo elektronická synapse.

Role chemie v adaptabilitě zařízení

Tato flexibilita vychází ze specifické chemie použité k vytvoření a úpravě zařízení. Výzkumníci syntetizovali 17 pečlivě navržených komplexů ruthenia a studovali, jak malé změny v molekulárním tvaru a okolním iontovém prostředí ovlivňují chování elektronů. Úpravou ligandů a iontů uspořádaných kolem molekul ruthenia prokázali, že jedno zařízení může vykazovat mnoho různých dynamických reakcí, včetně přechodů mezi digitálním a analogovým provozem v širokém rozsahu vodivostních hodnot.

Teoretický rámec pro predikci chování

Aby tým pochopil, proč se tato zařízení chovají tímto způsobem, potřebovali něco, co v molekulární elektronice často chybělo: solidní teoretický rámec. Vyvinuli transportní model založený na fyzice mnoha těles a kvantové chemii, který může předpovídat chování zařízení přímo z molekulární struktury. Pomocí tohoto rámce výzkumníci sledovali, jak se elektrony pohybují skrz molekulární film, jak jednotlivé molekuly podléhají oxidaci a redukci a jak se protiionty posouvají uvnitř molekulární matrice.

Směřování k materiálům s vestavěným učením

Klíčovým výsledkem je, že neobvyklá adaptabilita těchto komplexů umožňuje kombinovat paměť a výpočet v rámci stejného materiálu. To otevírá dveře neuromorfnímu hardwaru, ve kterém je učení zakódováno přímo do samotného materiálu. Tým již pracuje na integraci těchto molekulárních systémů na křemíkové čipy s cílem vytvořit budoucí AI hardware, který je energeticky účinný a inherentně inteligentní.