Исследователи все чаще «подсматривают» за мозгом, проектируя вычислительные системы. В новой работе физики показали мемристор на основе железоорганического соединения, способный быстро переключаться между различными состояниями
Будь то привычный ноутбук или сложный суперкомпьютер, цифровые технологии сталкиваются с общим врагом при увеличении вычислительной мощности — узким местом архитектуры фон Неймана. Эта задержка является следствием современных компьютерных систем, в которых память, содержащая данные и программы, физически отделена от процессора. В результате компьютеры тратят значительное количество времени на передачу информации между двумя системами, создавая узкое место. Кроме того, несмотря на чрезвычайно высокую скорость процессора, эти устройства могут длительное время работать «вхолостую» в периоды обмена информацией.
Чтобы преодолеть это, ученые все чаще обращаются к мозгу. Мозг обладает замечательной способностью изменять свою структуру, создавая и разрывая связи между нервными клетками. Теперь ученые создали молекулярное устройство, способное поразительно быстро перенастривать соединения внутри себя, имитируя поведение мозга. Но достигается это не за счет изменения физических связей, как в мозге, а за счет перепрограммирования логики.
По словам авторов, их молекулярное устройство может в будущем помочь в разработке нового поколения микросхем с повышенной вычислительной мощностью и скоростью, но сниженным энергопотреблением. Оно представляет собой мемристор — сопротивление микросхемы, совмещенное с элементом памяти. Такие устройства создавали и ранее, но до сих пор их делали только на основе соединений редкоземельных металлов, что ограничивало температурный диапазон работы мемристоров.
Ученые создали металлоорганическое соединение, состоящее из атома железа, окруженного несколькими органическими молекулами — лигандами. Оно ведет себя как «губка для электронов», которая может обратимо поглощать до шести частиц, что приводит к семи различным окислительно-восстановительным состояниям. Взаимосвязь между этими состояниями является ключом к быстрой перенастройке системы, так похожей на нейропластичность мозга.
Статья об открытии опубликована в журнале Nature.
