Inom konventionell elektronik, en stor ansträngning ägnas åt att eliminera stokastisk resonans (SR) - det irriterande väsandet som i allmänhet hindrar upptäckten av svaga signaler och försämrar enhetens totala prestanda. Men, tänk om det fanns ett sätt att utnyttja denna effekt för att förbättra signalöverföringen för en ny generation enheter, som bioinspirerade sensorer och datorprocessorer vars design är baserad på hjärnans neurala nätverk?

Forskare vid Osaka University i Japan arbetar för att uppnå just det, med enväggiga kolnanorör (SWNT). De skapade en summeringsnätverk SR -enhet som detekterar subtröskelsignaler, tillverkad för att inkludera en självbrusskomponent. Forskarna rapporterar sina fynd den här veckan i tidskriften Tillämpad fysikbokstäver .

"De funktionella funktionerna för vår nätverks -SR -enhet, som förlitar sig på täta nanomaterial och utnyttjar inneboende spontant brus vid rumstemperatur, ge en glimt av framtida bioinspirerade elektroniska enheter, "sa Megumi Akai-Kasaya, biträdande professor vid Osaka University.

Forskare har under de senaste decennierna vetat att vissa djur använder SR för att förbättra överföringen eller detekteringen av signaler under detekteringströskeln. Paddelfisk som lever i leriga floder, till exempel, kan upptäcka, och därmed livnära sig, närmaste plankton endast när det finns bakgrundsljud från en annan planktonmassa. Bakgrundsbruset används för att förstärka signalerna från det närliggande planktonet. Kräftor använder också SR, som är en del av det mekaniska bullret i vatten, att upptäcka subtila rörelser av rovdjur.

Det finns också bevis för att den mänskliga hjärnan använder SR i visuell bearbetning. Odetekterbara ljussignaler till höger öga blir detekterbara genom tillägg av brus till vänster öga. På senare tid, forskare har upptäckt att tillägg av slumpmässigt brus som SR, på rätt sätt, till elektroniska enheter kan öka detekterbarheten av signaler och informationens överföringseffektivitet.

Det finns två grundläggande krav för att utveckla en SR-baserad elektronisk enhet:en signaldetekteringströskel och förekomsten av ytterligare brus. För att uppfylla dessa krav i sin SWNT -enhet, forskargruppen skapade ett SWNT -nätverk där upp till 300 kolnanorör var parallella med varandra mellan kromelektroder, vilket ökade signaldetekteringsförmågan.

De funktionaliserade SWNT:erna med fosfomolybdinsyra (PMo12) molekyler, som fast kan adsorbera på grafitmaterial, innan enheten torkas på en kokplatta vid 150 grader Celsius under atmosfärstryck. Adsorptionen av PMo12 -molekylerna på SWNT genererade ytterligare buller.

"SWNT kan vara generatorer av spontant buller, på grund av deras höga känslighet för yttre ytstörningar, "Akai-Kasaya sa." Vad vi fann är att införandet av en extra disruptor-molekylär adsorption, och särskilt med adsorptionen av PMo12 - genererade en stor och avstämbar typ av elektriskt brus utöver vanligt miljöbrus. "

Gruppen testade 10 olika molekyler adsorberade i SWNT som brusgeneratorer och fann att kombinationen SWNT/PMo12 var mer än dubbelt så effektiv som de andra SWNT -funktionaliserade kombinationerna.

"SWNT erbjuder en lovande väg till att förverkliga en liten summeringsnätverk SR-enhet som använder molekylär termisk fluktuation som bruskälla." Sa Akai-Kasaya.