Voor de eerste keer, onderzoekers hebben logische bewerkingen uitgevoerd met een chemisch apparaat met behulp van elektrische velden en ultraviolet licht. Het apparaat en de baanbrekende methoden openen onderzoeksmogelijkheden, inclusief laag vermogen, krachtige computerchips.

Halfgeleiderchips bestaan ​​uit minuscule elektronische transistoren op bedden van silicium. Dergelijke apparaten kunnen niet veel kleiner worden gemaakt omdat kwantumeffecten de overhand zullen krijgen. Om deze reden, ingenieurs zijn op zoek naar nieuwe technieken en materialen om logische en geheugenfuncties uit te voeren.

Promovendus Keiichi Yano, docent Yoshimitsu Itoh en professor Takuzo Aida van de afdeling Scheikunde en Biotechnologie van de Universiteit van Tokyo hebben een apparaat ontwikkeld met functies die nuttig zijn voor berekeningen. Conventionele computers gebruiken elektrische lading om binaire cijfers (enen en nullen) weer te geven, maar het nieuwe apparaat maakt gebruik van elektrische velden en UV-licht. Deze zorgen voor een lager energieverbruik en creëren minder warmte dan conventionele chips.

Het apparaat verschilt ook enorm van de huidige halfgeleiderchips, omdat het chemisch van aard is. Deze eigenschap geeft aanleiding tot zijn potentiële bruikbaarheid in de toekomst van de berekening. Het is niet alleen het voordeel van stroom en warmte; dit apparaat zou ook goedkoop en gemakkelijk kunnen worden vervaardigd. Het apparaat is voorzien van schijf- en staafvormige moleculen die zichzelf onder de juiste omstandigheden assembleren tot wenteltrapachtige vormen die kolomvormige vloeibare kristallen (CLC) worden genoemd.

"Een ding dat ik leuk vind aan het maken van een apparaat met behulp van chemie, is dat het minder gaat om het 'bouwen' van iets; in plaats daarvan, het lijkt meer op iets 'groeien', "zegt Itoh. "Met delicate precisie, we overhalen onze verbindingen om verschillende vormen met verschillende functies te vormen. Zie het als programmeren met chemie."

Voordat een logische bewerking begint, de onderzoekers sandwichen een monster van CLC's tussen twee glasplaten bedekt met elektroden. Licht dat gepolariseerd is - vibrerend in een enkel vlak - gaat door het monster naar een detector aan de andere kant.

In de standaardstatus van het monster, de CLC's bestaan ​​in een willekeurig georiënteerde toestand waardoor het licht de detector kan bereiken. Wanneer ofwel het elektrische veld of het UV-licht afzonderlijk wordt in- en uitgeschakeld, de gedetecteerde output blijft hetzelfde. Maar wanneer het elektrische veld en het UV-licht samen worden ingeschakeld en na ongeveer een seconde weer worden uitgeschakeld, de CLC's zijn zo opgesteld dat de detector van het licht wordt geblokkeerd.

Als de uitgangstoestanden van licht en donker en de ingangstoestanden van het elektrische veld en UV-licht allemaal binaire cijfers zijn toegewezen om ze te identificeren, dan heeft het proces effectief een zogenaamde logische EN-functie uitgevoerd - alle invoer voor de functie moet "één" zijn voordat de uitvoer "één" is.

"De EN-functie is een van de vele fundamentele logische functies, maar de belangrijkste voor berekening is de NIET-EN- of NAND-functie. Dit is een van de vele gebieden voor verder onderzoek, " legt Yano uit. "We willen ook de snelheid en dichtheid van de CLC's verhogen om ze praktischer in gebruik te maken. Ik ben gefascineerd door hoe zelf-assemblerende moleculen, zoals die we gebruiken om de CLC's te maken, aanleiding geven tot fenomenen zoals logische functies."