Ameerika energeetikaministeeriumi Oak Ridge’i Riikliku laboratooriumi (ORNL) töörühm avastas ferroelektrilises materjalis stohhastilisi nähtusi, mis sarnanevad aju sünapside tööle.
Ferroelektriku polarisatsiooni sõltuvus välisest elektriväljast. Välja puudumisel (E=0) on materjal ikkagi polariseeritud. See tähendab ühtlasi, et tekib hüstereesisilmus. Allikas: Wikipedia.
Ferroelektrikke iseloomustab omadus spontaanselt elektriliselt polariseeruda. Polarisatsiooni saab välise elektriväljaga muuta. Selliseid materjale kasutatakse näiteks elektriliselt muudetava mahtuvusega kondensaatorites. Ühe katse raames „joonistas“ ONRL töörühm nende valitud ferroelektriku pinnale skaneeriva tunnelmikroskoobi otsaga elektrilisi domeene ehk ühesuunalise polarisatsiooniga laengukogumeid.
Teadlased avastasid üllatuslikult, et tiheda jadana joonistatud domeenid moodustasid ferroelektriku pinnale isetekkelisi kompleksseid mustreid.
„Üha domeenide vahekaugust vähendades nägime mustreid, mis näisid võimatuina,“ ütles ORNL teadlane ning teadusajakirjas Nature Physics avaldatud artikli esiautor Antov Ievle. „Joonistasime parasjagu mikroskoobiga uut domeeni. Millegi pärast ei tahtnud domeen tekkida või võttis soovitust teise kuju, näiteks malelaua mustri. Esialgu ei osanud me nähtut mõtestada. Arvasime, et domeeni tekkimine on naaberdomeenidest sõltumatu.“
Pärast erinevate isetekkeliste mustrite uurimist jõuti järeldusele, et nähtust saab seletada kaoseteooriaga. Täheldati, et juba tekkinud domeen tõkestas naaberdomeeni tekkimise, ent põhjustas samas domeeni tekkimise kaugemal. „See on kaootilise süsteemi mudeli üks eeltingimusi,“ ütles töörühma liige Sergei Kalinin.
„Kaootilist käitumist kirjeldatakse enamasti ajas, mitte ruumis,“ seletas Kalinin edasi. „Näiteks tilkuv kraan – mõnikord kukub tilk perioodiliselt, mõnikord mitte, ent see on ajast sõltuv protsess. Meie eksperimendis täheldatud ruumiline-geomeetriline kaootiline liikumine on väga ebatavaline,“ lisas ta.
South Carolina ülikooli teadlase ning ORNL töörühma liikme Yuriy Pershini sõnul on nende avastatud elektrilisel süsteemil kõik vajalikud omadused, et sooritada memarvutusi (memcomputing). Memarvutus on digitaalmaailma paralleel inimajule, mille töövõimsus ei seisne ühes, kahes, kolmes ega ka mitte neljas tuumas, vaid avaldub kõigi ajurakkude ehk neuronite ning nende ühenduste summas. Lisaks hajusarvutusele võib informatsiooni töötlemine ning talletamine toimuda igas arvutusühikus eraldi, igas neuronis ja sünapsis. Klassikalise Von Neumanni arvutiarhitektuuri (püsimälu, muutmälu, protsessor ning sisend ja väljund) kõrval on tegemist uue, kiirema ning sisemiselt töökindlama arvutusparadigmaga, mis on mikro- ja nanomaailmas loomulik ning iseesinev nähtus[1].
„Ferroelektriliste domeenidega tehtud katses avaldub memarvutuse praktiline võimalikkus,“ ütles Pershin.
Informatsiooni kodeerimine domeeni raadiuse ulatuses võimaldaks teadlastel luua ferroelektriku pinnale loogikalülitusi. Iga domeen suudaks seejuures andmeid elementaarselt töödelda ning neid ka talletada.
Olgugi, et ferroelektrilise süsteemiga on memarvutus põhimõtteliselt võimalik, seisab enne tarbijaturule minekut ees hulk tööd.
Allikas: Phys.org
Viited:
1 – arXiv:1211.4487 [cs.ET]
Leave a Reply