Forskning publicerad onsdag, i Naturvetenskapliga rapporter lägger ut en teoretisk karta för att använda ferroelektriskt material för att bearbeta information med hjälp av logik med flera värderingar - ett steg utöver de enkla och nollor som utgör våra nuvarande datasystem som kan låta oss bearbeta information mycket mer effektivt.

Datorspråket är skrivet med bara två symboler - en och nollor, betyder ja eller nej. Men en värld av rikare möjligheter väntar oss om vi kunde expandera till tre eller fler värden, så att samma fysiska omkopplare kan koda mycket mer information.

"Viktigast, denna nya logiska enhet kommer att möjliggöra informationsbehandling med inte bara "ja" och "nej", men också "antingen ja eller nej" eller "kanske" operationer, "sa Valerii Vinokur, en materialvetare och Distinguished Fellow vid U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory och motsvarande författare på tidningen, tillsammans med Laurent Baudry med Lille University of Science and Technology och Igor Lukyanchuk med University of Picardie Jules Verne.

Det är så våra hjärnor fungerar, och de är något i storleksordningen en miljon gånger mer effektiva än de bästa datorerna vi någonsin har lyckats bygga - samtidigt som de förbrukar storleksordningar mindre energi.

"Vår hjärna behandlar så mycket mer information, men om våra synapser byggdes som våra nuvarande datorer är, hjärnan skulle inte bara koka utan förångas från energin de använder, " sa Vinokur.

Även om fördelarna med denna typ av datorer, kallas flervärdig logik, har länge varit kända, problemet är att vi inte har upptäckt ett materialsystem som kan implementera det. Just nu, transistorer kan bara fungera som "på" eller "av", "så det här nya systemet måste hitta ett nytt sätt att konsekvent behålla fler stater - samt vara lätt att läsa och skriva och, helst, att arbeta i rumstemperatur.

Därför Vinokur och teamets intresse för järnkraft, en klass av material vars polarisering kan styras med elektriska fält. Eftersom ferroelektrik fysiskt ändrar form när polarisationen ändras, de är mycket användbara i sensorer och andra enheter, såsom medicinska ultraljudsmaskiner. Forskare är mycket intresserade av att utnyttja dessa egenskaper för datorminne och andra applikationer; men teorin bakom deras beteende växer fortfarande fram.

Det nya papperet innehåller ett recept som gör att vi kan använda egenskaperna hos mycket tunna filmer av en särskild klass av ferroelektriskt material som kallas perovskiter.

Enligt beräkningarna, perovskite-filmer kan rymma två, tre, eller till och med fyra polarisationspositioner som är energiskt stabila - "så att de kunde" klicka "på plats, och därmed tillhandahålla en stabil plattform för kodning av information, " sa Vinokur.

Teamet beräknade dessa stabila konfigurationer och hur man manipulerar polarisationen för att flytta den mellan stabila positioner med hjälp av elektriska fält, Sa Vinokur.

"När vi inser detta i en enhet, det kommer att öka effektiviteten hos minnesenheter och processorer enormt, "Vinokur sa." Detta ger ett betydande steg mot förverkligandet av så kallad neuromorf datorbearbetning, som strävar efter att modellera den mänskliga hjärnan. "

Vinokur sa att teamet arbetar med experimentalister för att tillämpa principerna för att skapa ett fungerande system.

Studien, med titeln "Ferroelektrisk symmetriskyddad multibit minnescell, "publicerades 8 februari.