Onderzoek gepubliceerd op woensdag in Natuurwetenschappelijke rapporten legt een theoretische kaart uit om ferro-elektrisch materiaal te gebruiken om informatie te verwerken met behulp van meerwaardige logica - een sprong verder dan de simpele enen en nullen die deel uitmaken van onze huidige computersystemen, waardoor we informatie veel efficiënter zouden kunnen verwerken.

De taal van computers is geschreven in slechts twee symbolen:enen en nullen, betekent ja of nee. Maar er wacht ons een wereld van rijkere mogelijkheden als we zouden kunnen uitbreiden naar drie of meer waarden, zodat dezelfde fysieke schakelaar veel meer informatie zou kunnen coderen.

"Het belangrijkste is, deze nieuwe logische eenheid maakt informatieverwerking mogelijk met niet alleen "ja" en "nee", maar ook "ja of nee" of "misschien" operaties, " zei Valerii Vinokur, een materiaalwetenschapper en Distinguished Fellow bij het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy en de corresponderende auteur op het papier, samen met Laurent Baudry aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van Lille en Igor Lukyanchuk aan de Universiteit van Picardië Jules Verne.

Dit is de manier waarop onze hersenen werken, en ze zijn iets in de orde van een miljoen keer efficiënter dan de beste computers die we ooit hebben kunnen bouwen - terwijl ze orden van grootte minder energie verbruiken.

"Onze hersenen verwerken zoveel meer informatie, maar als onze synapsen waren gebouwd zoals onze huidige computers zijn, de hersenen zouden niet alleen koken, maar verdampen van de energie die ze gebruiken, ' zei Vinokur.

Hoewel de voordelen van dit type computergebruik, meerwaardige logica genoemd, zijn al lang bekend, het probleem is dat we geen materieel systeem hebben ontdekt dat het zou kunnen implementeren. Direct, transistors kunnen alleen werken als "aan" of "uit, " dus dit nieuwe systeem zou een nieuwe manier moeten vinden om consequent meer toestanden te handhaven - en ook gemakkelijk te lezen en te schrijven zijn en, ideaal, om bij kamertemperatuur te werken.

Vandaar de interesse van Vinokur en het team in ferro-elektriciteit, een klasse van materialen waarvan de polarisatie kan worden gecontroleerd met elektrische velden. Omdat ferro-elektriciteit fysiek van vorm verandert wanneer de polarisatie verandert, ze zijn erg handig in sensoren en andere apparaten, zoals medische ultrasone machines. Wetenschappers zijn erg geïnteresseerd in het benutten van deze eigenschappen voor computergeheugen en andere toepassingen; maar de theorie achter hun gedrag is nog volop in opkomst.

Het nieuwe artikel beschrijft een recept waarmee we de eigenschappen van zeer dunne films van een bepaalde klasse ferro-elektrisch materiaal, perovskieten genaamd, kunnen aftappen.

Volgens de berekeningen is perovskietfilms kunnen er twee bevatten, drie, of zelfs vier polarisatieposities die energetisch stabiel zijn - "zodat ze op hun plaats kunnen 'klikken', en zo een stabiel platform te bieden voor het coderen van informatie, ' zei Vinokur.

Het team berekende deze stabiele configuraties en hoe de polarisatie te manipuleren om het tussen stabiele posities te verplaatsen met behulp van elektrische velden, zei Vinokur.

"Als we ons dit realiseren in een apparaat, het zal de efficiëntie van geheugeneenheden en processors enorm verhogen, Vinokur zei. "Dit biedt een belangrijke stap in de richting van de realisatie van zogenaamde neuromorphic computing, die ernaar streeft het menselijk brein te modelleren."

Vinokur zei dat het team samenwerkt met experimentatoren om de principes toe te passen om een ​​werkend systeem te creëren.

De studie, getiteld "Ferro-elektrische symmetrie-beschermde multibit geheugencel, " werd op 8 februari gepubliceerd.