Vår hjärna fungerar inte som ett typiskt datorminne som bara lagrar enor och nollor:tack vare en mycket större variation i minnestillstånd, den kan beräkna snabbare och förbrukar mindre energi. Forskare vid MESA+ Institute for Nanotechnology vid University of Twente (Nederländerna) utvecklade nu ett ferrolektriskt material med en minnesfunktion som liknar synapser och neuroner i hjärnan, vilket resulterar i ett flerstatigt minne. De publicerar sina resultat i veckans Avancerade funktionella material .

Materialet som kan vara den grundläggande byggstenen för 'hjärninspirerad dator' är blyzirkoniumtitanat (PZT):en smörgås av material med flera attraktiva egenskaper. En av dem är att den är ferrolektrisk:du kan byta till önskat tillstånd, detta tillstånd förblir stabilt efter det elektriska fältet är borta. Detta kallas polarisering:det leder till en snabb minnesfunktion som inte är flyktig. Kombinerat med processorchips, en dator kan utformas som startar mycket snabbare, till exempel. UT -forskarna tillsatte nu ett tunt lager zinkoxid till PZT, 25 nanometer tjocklek. De upptäckte att byte från ett tillstånd till ett annat inte bara sker från "noll" till "ett" tvärtom. Det är möjligt att styra mindre områden i kristallen:kommer de att polariseras ('flip') eller inte?

Multistat

Genom att använda variabel skrivtid i de mindre områdena, resultatet är att många tillstånd kan lagras var som helst mellan noll och ett. Detta liknar hur synapser och neuroner "väger" signaler i vår hjärna. Flerstatiga minnen, kopplad till transistorer, kan drastiskt förbättra hastigheten på mönsterigenkänning, till exempel:vår hjärna utför denna typ av uppgifter som bara förbrukar en bråkdel av den energi som ett datasystem behöver. Ser man på graferna, skrivtiden verkar ganska lång jämfört med dagens processorhastigheter, men det är möjligt att skapa många minnen parallellt. Hjärnans funktion har redan efterliknats i programvara som neurale nätverk, men i så fall är konventionell digital hårdvara fortfarande en begränsning. Det nya materialet är ett första steg mot elektronisk hårdvara med ett hjärnliknande minne. Hitta lösningar för att kombinera PZT med halvledare, eller till och med utveckla nya typer av halvledare för detta, är ett av nästa steg.

Denna forskning har gjorts inom gruppen oorganiska materialvetenskap, av UT:s MESA+ Institute for Nanotechnology. Inom denna grupp, även andra attraktiva fastigheter hos PZT har hittats, som piezo-elektrisk beteende:materialet kan expandera med hjälp av en elektrisk spänning, tryck på den kan också generera en spänning, i tur och ordning.