För första gången, forskare har utfört logiska operationer med en kemisk enhet med elektriska fält och ultraviolett ljus. Enheten och de banbrytande metoderna öppnar för forskningsmöjligheter, inklusive låg effekt, högpresterande datorchips.

Halvledarchips består av små elektroniska transistorer på kiselbäddar. Sådana anordningar kan inte göras mycket mindre eftersom kvanteffekter kommer att börja dominera. Av denna anledning, ingenjörer söker nya tekniker och material för att utföra logik och minnesfunktioner.

Doktorand Keiichi Yano, föreläsaren Yoshimitsu Itoh och professor Takuzo Aida från Institutionen för kemi och bioteknik vid University of Tokyo har utvecklat en enhet med funktioner som är användbara för beräkning. Konventionella datorer använder elektrisk laddning för att representera binära siffror (enor och nollor), men den nya enheten använder elektriska fält och UV -ljus. Dessa möjliggör lägre effektdrift och skapar mindre värme än konventionella chips.

Enheten skiljer sig också mycket från nuvarande halvledarchips, eftersom det är kemiskt i naturen. Denna egenskap ger upphov till dess potentiella användbarhet i framtiden för beräkning. Det är inte bara kraft- och värmefördelarna; denna enhet kan också tillverkas billigt och enkelt. Enheten har skiv- och stavformade molekyler som självmonteras i spiraltrappliknande former som kallas kolumnära flytande kristaller (CLC) under rätt förhållanden.

"En sak jag älskar med att skapa en enhet med kemi är att det handlar mindre om att" bygga "något; istället det är mer besläktat med att "odla" något, "säger Itoh." Med känslig precision, vi lockar våra föreningar till att bilda olika former med olika funktioner. Se det som programmering med kemi. "

Innan en logisk operation börjar, forskarna smörjer ett prov av CLC mellan två glasplattor täckta med elektroder. Ljus som är polariserat - vibrerar i ett enda plan - passerar genom provet till en detektor på andra sidan.

I provets standardläge, CLC:erna existerar i ett slumpmässigt orienterat tillstånd som gör att ljuset kan nå detektorn. När antingen det elektriska fältet eller UV -ljuset är individuellt släckt och sedan släckt, den detekterade utsignalen förblir densamma. Men när det elektriska fältet och UV -ljuset slås på tillsammans och sedan släcks igen efter ungefär en sekund, CLC:erna ligger på ett sätt som blockerar detektorn från ljuset.

Om utgångstillstånden för ljus och mörker och ingångstillstånden för det elektriska fältet och UV -ljuset alla är tilldelade binära siffror för att identifiera dem, då har processen effektivt utfört det som kallas en logisk OCH -funktion - alla ingångar till funktionen måste vara "en" för att utgången ska vara "en".

"OCH -funktionen är en av flera grundläggande logiska funktioner, men den viktigaste för beräkningen är NOT-AND eller NAND-funktionen. Detta är ett av flera områden för vidare forskning, "förklarar Yano." Vi vill också öka hastigheten och densiteten för CLC:erna för att göra dem mer praktiska att använda. Jag är fascinerad av hur självmonterande molekyler som de vi använder för att få CLC:er att ge upphov till fenomen som logiska funktioner. "