Under det senaste decenniet har artificiell intelligens (AI) och dess tillämpningar, till exempel maskininlärning, har tagit fart för att revolutionera många branscher. När världen samlar in mer data, datorkraften i hårdvarusystem måste växa i takt. Tyvärr, vi står inför en framtid där vi inte kommer att kunna generera tillräckligt med energi för att driva våra beräkningsbehov.

"Vi hör många förutsägelser om AI som inleder den fjärde industriella revolutionen. Det är viktigt för oss att förstå att dagens dataplattformar inte kommer att kunna upprätthålla storskaliga implementeringar av AI-algoritmer på massiva datamängder. Det är klart att vi kommer att behöva tänka om våra metoder för beräkning på alla nivåer:material, enheter och arkitektur. Vi är stolta över att kunna presentera en uppdatering på två fronter i detta arbete:material och enheter. I grunden enheterna vi visar är en miljon gånger mer energieffektiva än vad som finns idag, "delade professor Thirumalai Venky Venkatesan, den ledande huvudutredaren för detta projekt som är från National University of Singapore (NUS).

I ett papper publicerat i Naturnanoteknik den 23 mars 2020, forskarna från NUS Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI) rapporterade uppfinningen av en nanoskala-enhet baserad på en unik materialplattform som kan uppnå optimal digital datorminne i minnet samtidigt som den är extremt energieffektiv. Uppfinningen är också mycket reproducerbar och hållbar, till skillnad från konventionella organiska elektroniska enheter.

Det molekylära systemet som är nyckeln till denna uppfinning är ett hjärnskap av professor Sreebrata Goswami från Indian Association for Cultivation of Science i Kolkata, Indien. "Vi har arbetat med denna familj av molekyler av redoxaktiva ligander under de senaste 40 åren. Baserat på framgången med ett av våra molekylsystem för att göra en minnesenhet som rapporterades i tidningen Naturmaterial år 2017, Vi bestämde oss för att göra om vår molekyl med en ny pincerligand. Detta är en rationell de novo designstrategi för att konstruera en molekyl som kan fungera som en elektron svamp, sa professor Goswami.

Dr Sreetosh Goswami, nyckelarkitekten för detta dokument som tidigare var doktorand vid professor Venkatesan och nu forskare vid NUSNNI, sa, "Huvudfyndet för detta dokument är avgiftsoproportioneringen eller elektronisk symmetribrytning. Traditionellt detta har varit ett av de fenomen inom fysiken som har stora löften men inte översätts till den verkliga världen eftersom den bara inträffar vid specifika förhållanden, såsom hög eller låg temperatur, eller högt tryck. "

"Vi kan uppnå denna svårfångade avgiftsproportionering i våra enheter, och modulera den med elektriska fält vid rumstemperatur. Fysiker har försökt göra detsamma i 50 år. Vår förmåga att förverkliga detta fenomen i nanoskala resulterar i en multifunktionell enhet som kan fungera både som en memristor eller en memcapacitor eller till och med båda samtidigt, "Dr Sreetosh förklarade.

"De komplexa intermolekylära och joniska interaktionerna i dessa molekylära system erbjuder denna unika laddningsfördelningsmekanism. Vi är tacksamma för professor Damien Thompson vid University of Limerick som modellerade interaktionerna mellan molekylerna och genererade insikter som gör att vi kan justera dessa molekylsystem i många sätt att vidareutveckla nya funktioner, sade prof Goswami.

"Vi tror att vi bara kliar på ytan av vad som är möjligt med denna klass av material, "tillade professor Venkatesan." Nyligen, Dr Sreetosh har upptäckt att han kan driva dessa enheter till självoscillering eller till och med uppvisa rent instabil, kaotisk regim. Detta är väldigt nära att replikera hur vår mänskliga hjärna fungerar. "

"Datavetare inser nu att vår hjärna är den mest energieffektiva, intelligent och feltolerant datorsystem som finns. Att kunna efterlikna hjärnans bästa egenskaper medan du kör miljontals gånger snabbare kommer att förändra datorns ansikte som vi känner det. I diskussioner med min mångåriga vän och samarbetspartner professor Stan Williams från Texas A&M University (som är medförfattare i detta dokument), Jag inser att vårt organiska molekylsystem så småningom kommer att kunna överträffa allt oxid och 'ovoniskt' material som hittills visats, "avslutade han.

Går vidare, NUS -teamet strävar efter att utveckla effektiva kretsar som efterliknar den mänskliga hjärnans funktioner.