Hoy en día, muchos dispositivos electrónicos dependen de circuitos lógicos semiconductores basados en conmutadores cableados para realizar funciones lógicas predefinidas. Físicos de la Universidad Nacional de Singapur NUS, junto con un equipo internacional de investigadores, han desarrollado un nuevo memristor molecular,o un dispositivo de memoria electrónica, que tiene una capacidad de reconfiguración de memoria excepcional.
A diferencia de los circuitos estándar cableados, el dispositivo molecular se puede reconfigurar usando voltaje para integrar diferentes tareas computacionales. La nueva tecnología de eficiencia energética, que es capaz de mejorar la potencia y la velocidad computacionales, también se puede usar en la computación de borde.como dispositivos portátiles y aplicaciones con recursos de energía limitados.
"Este trabajo es un avance significativo en nuestra búsqueda para diseñar computación de baja energía. La idea de usar conmutación múltiple en un solo elemento se inspira en cómo funciona el cerebro y reinventa fundamentalmente la estrategia de diseño de un circuito lógico", dijo AssociateEl profesor Ariando del Departamento de Física de NUS que dirigió la investigación.
La investigación se publicó por primera vez en la revista Naturaleza el 1 de septiembre de 2021, y realizado en colaboración con la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, Hewlett Packard Enterprise, la Universidad de Limerick, la Universidad de Oklahoma y la Universidad Texas A&M.
tecnología inspirada en el cerebro
"Este nuevo descubrimiento puede contribuir a los desarrollos en la computación de borde como un enfoque sofisticado de computación en memoria para superar el cuello de botella de von Neumann, un retraso en el procesamiento computacional visto en muchas tecnologías digitales debido a la separación física del almacenamiento de memoria del procesador de un dispositivo", dijo el profesor adjunto Ariando. El nuevo dispositivo molecular también tiene el potencial de contribuir al diseño de chips de procesamiento de próxima generación con potencia y velocidad computacionales mejoradas.
"Similar a la flexibilidad y adaptabilidad de las conexiones en el cerebro humano, nuestro dispositivo de memoria se puede reconfigurar sobre la marcha para diferentes tareas computacionales simplemente cambiando los voltajes aplicados. Además, como las células nerviosas pueden almacenar recuerdos, el mismo dispositivo también puederetener información para su futura recuperación y procesamiento ", dijo el primer autor, el Dr. Sreetosh Goswami, investigador del Departamento de Física de NUS.
El miembro del equipo de investigación, el Dr. Sreebrata Goswami, que fue investigador científico senior en NUS y anteriormente profesor de la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, conceptualizó y diseñó un sistema molecular perteneciente a la familia química de las fenil azopiridinas que tienen un metal centralátomo unido a moléculas orgánicas llamadas ligandos. "Estas moléculas son como esponjas de electrones que pueden ofrecer hasta seis transferencias de electrones que dan como resultado cinco estados moleculares diferentes. La interconectividad entre estos estados es la clave detrás de la reconfigurabilidad del dispositivo", explicó el Dr. Sreebrata Goswami.
El Dr. Sreetosh Goswami creó un pequeño circuito eléctrico que consta de una capa de 40 nanómetros de película molecular intercalada entre una capa superior de oro y una capa inferior de nanodiscos infundidos con oro y óxido de indio y estaño. Observó un perfil de corriente-voltaje sin precedentes enaplicando un voltaje negativo al dispositivo. A diferencia de los memristores de óxido metálico convencionales que se encienden y apagan con un solo voltaje fijo, estos dispositivos moleculares orgánicos podrían cambiar entre estados de encendido y apagado en varios voltajes secuenciales discretos.
Utilizando una técnica de imagen llamada espectroscopia Raman, se observaron firmas espectrales en el movimiento vibratorio de la molécula orgánica para explicar las múltiples transiciones. El Dr. Sreebrata Goswami explicó: "El barrido del voltaje negativo provocó que los ligandos de la molécula se sometieran a una serie de reducción, o ganancia de electrones que hizo que la molécula cambiara entre estados de apagado y encendido ".
Los investigadores describieron el comportamiento de las moléculas usando un algoritmo de árbol de decisión con declaraciones "si-entonces-si no", que se usa en la codificación de varios programas de computadora, particularmente juegos digitales, en comparación con el enfoque convencional de usar física básica-ecuaciones basadas en.
Nuevas posibilidades para dispositivos energéticamente eficientes
Sobre la base de su investigación, el equipo utilizó los dispositivos de memoria molecular para ejecutar programas para diferentes tareas computacionales del mundo real. Como prueba de concepto, el equipo demostró que su tecnología podía realizar cálculos complejos en un solo paso y podía reprogramarsepara realizar otra tarea en el siguiente instante. Un dispositivo de memoria molecular individual podría realizar las mismas funciones computacionales que miles de transistores, lo que hace que la tecnología sea una opción de memoria más poderosa y energéticamente eficiente.
"La tecnología podría usarse primero en dispositivos portátiles, como teléfonos celulares y sensores, y otras aplicaciones donde la energía es limitada", agregó el profesor asociado Ariando.
El equipo en medio de la construcción de nuevos dispositivos electrónicos incorporando su innovación y trabajando con colaboradores para realizar simulaciones y evaluaciones comparativas relacionadas con las tecnologías existentes.
Otros contribuyentes al artículo de investigación incluyen a Abhijeet Patra y Santi Prasad Rath de NUS, Rajib Pramanick de la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, Martin Foltin de Hewlett Packard Enterprise, Damien Thompson de la Universidad de Limerick, T. Venkatesan de laUniversidad de Oklahoma y R. Stanley Williams de la Universidad Texas A&M.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :