Inriktning på applikationer som neurala nätverk för maskininlärning, en ny upptäckt från University of Alberta och Quantum Silicon Inc. i Edmonton, Kanada banar väg för atomär ultraeffektiv elektronik, behovet blir alltmer kritiskt i vårt datadrivna samhälle. Nyckeln till att låsa upp otalig potential för den grönaste elektroniken? Skapa skräddarsydda atommönster för att i sin tur styra elektroner.

"Atomer är lite som stolar som elektroner sitter på, sa Robert Wolkow, fysikprofessor och huvudutredare på projektet. "Så mycket som vi kan påverka konversationer vid ett middagsfest genom att styra grupperingen av stolar och tilldelade sittplatser, att kontrollera placeringen av enskilda atomer och elektroner kan påverka konversationer mellan elektronik."

Wolkow förklarade att även om atomkontroll över strukturer inte är ovanligt, att göra anpassade mönster för att skapa nya användbara elektroniska enheter har varit utom räckhåll. Tills nu.

Även om nanoteknologins verktyg har tillåtit krävande kontroll över atomplacering på en yta under en tid, två begränsningar har förhindrat praktiska elektroniska tillämpningar:atomerna skulle bara förbli på plats vid kryogen temperatur och kunde bara lätt uppnås på metallytor som inte var tekniskt användbara.

Första beviset på konceptet

Del atommaskin, del elektronisk krets, Wolkow och hans team har nyligen skapat en proof-of-concept-enhet, övervinna de två stora hindren som hindrar denna teknik från att vara tillgänglig för massorna. Både robustheten och den nödvändiga elnyttan är nu i handen. Dessutom, strukturerna kan mönstras på kiselytor, vilket innebär att skala upp upptäckten är också lätt att uppnå.

"Detta är pricken över i:et som vi har lagat i cirka 20 år, "sa Wolkow." Vi fulländade kiselatommönster nyligen, sedan fick vi maskininlärning att ta över, lindra långmodiga forskare. Nu, vi har befriat elektroner för att följa deras natur – de kan inte lämna gården vi skapade, men de kan springa runt fritt och leka med de andra elektronerna där. Positionerna elektronerna kommer till, otroligt, är resultaten av användbara beräkningar. "

Baserat på dessa resultat, konstruktionen har börjat på en uppskalad maskin som simulerar hur ett neuralt nätverk fungerar. Till skillnad från normala neurala nätverk som förkroppsligas av transistorer och styrs av datorprogramvara, atommaskinen visar spontant den relativa energetiska stabiliteten för sina bitmönster. De kan i sin tur användas för att snabbare och noggrannare träna ett neuralt nätverk än vad som för närvarande är möjligt.

Med beviset på konceptet i hand med intresse från flera stora industriella partners kombinerat med en publikation i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften för granskade granskningar Fysiska granskningsbrev , förverkligandet av Wolkows livsverk för att skapa ett ekonomiskt sätt att skala upp massproduktion av grönare, snabbare, mindre teknik är nära förestående.

"Initiera och övervaka utvecklingen av enstaka elektroner inom atomdefinierade strukturer" visas i 15 oktober-numret av Fysiska granskningsbrev .