Onderzoek van Pierre Lucas zou kunnen leiden tot computergeheugens die meer op menselijke herinneringen lijken.

Stel je voor dat microchips en herschrijfbare cd's honderd keer meer gegevens zouden kunnen bevatten.

De manier waarop digitale gegevens worden opgeslagen, begint bij het materiaal waarop ze zijn opgeslagen, die, in herschrijfbare cd's en veel microchips, is iets dat faseveranderingsmateriaal wordt genoemd, of PCM.

Pierre Lucas, een UA-hoogleraar bij de afdeling Materials Science and Engineering en het College of Optical Sciences, gebruikt een subsidie ​​van iets meer dan $ 560, 000 van de National Science Foundation om deze materialen te verbeteren, de deur openen voor high-density herinneringen en apparaten die de verfijning van het menselijk brein nabootsen.

CD Wetenschap

Ooit opgevallen hoe, als je een cd brandt, het reflecterende gedeelte van de cd dichtbij het midden donkerder wordt? Dat reflecterende spul is een faseovergangsmateriaal dat overschakelt van kristal, ook bekend als een "1" in digitale termen, naar glas, of een "0" in digitale termen. Microchipgeheugens zijn gemaakt van hetzelfde materiaal.

"Alles wat je schrijft, opnemen of opslaan op uw computer wordt voortdurend gecodeerd in 0s en 1s, "Zei Lucas. "Dus, als je iets bewaart, je schrijft in feite een stel nullen en enen, of het omzetten van kleine cellen op uw computerchip in glas of kristal."

Als je met een vergrootglas naar het donkere gedeelte van de cd keek, je zou sommige plekken zien die lichter zijn en sommige die donkerder zijn:een cd-lezer vertaalt de reflecterende kristallen in nullen en de minder reflecterende glasbits in enen, en vertaalt die code vervolgens in de muziek, documenten, afbeeldingen of andere informatie die een gebruiker moet opslaan.

Een deel van Lucas' onderzoek omvat het uitbreiden van de opties voor welke vormen faseveranderingsmaterialen kunnen aannemen - in plaats van dat bits alleen worden opgeslagen als volledig kristal of volledig glas, ze kunnen worden bewaard als half kristal en half glas, of driekwart van de een en een kwart van de ander.

"Dit zou consumenten in staat kunnen stellen 10 keer meer data op een cd of microchip te zetten, of 100 keer meer data, "zei hij. "In de toekomst, wat ingenieurs ook zullen proberen is in wezen de structuur van de hersenen en het mechanisme van informatie-uitwisseling te repliceren op de manier waarop elk neuron, baan, staat in communicatie met elk ander neuron in wat een kunstmatig neuraal netwerk wordt genoemd."

De drift vangen

Deze nieuwe vorm van PCM zal ook verantwoordelijk zijn voor een probleem in de huidige materialen dat bekend staat als drift. Het is gunstig dat faseovergangsmateriaal in de kristaltoestand bestaat omdat het minder energie kost, dus drift treedt op wanneer materiaal dat oorspronkelijk als glas werd gecodeerd, langzaam in kristal verandert.

"Als je toestand voor 75 procent uitgekristalliseerd was en na verloop van tijd 90 procent uitgekristalliseerd wordt, dan zal het niet dezelfde informatie bevatten, "Zei Lucas. "Dat is niet goed."

Drift treedt op omdat de huidige faseovergangsmaterialen kwetsbaar zijn, die, in materiaalkunde jargon, betekent dat wanneer ze overgaan van kristal naar glas, ze worden vloeibaar en minder stabiel in hun uiteindelijke staat. Lucas werkt aan het creëren van een vorm van PCM die een "fragiele naar sterke" overgang vertoont, wat betekent dat het vloeiend blijft, of breekbaar, terwijl het van fase verandert, en wordt stroperig, of sterk, in zijn definitieve staat.

"Op een computer, u wilt dat uw geheugenchip heel snel werkt, wat betekent dat je wilt dat deze verandering heel snel gaat - ongeveer een miljard keer per seconde, " zei Lucas. "Dat betekent dat het schakelen tussen het kristal en het glas heel snel moet gaan, en het kan alleen zo snel gaan als de atomen zich in een zeer vloeiende staat bevinden. Maar als het afkoelt, je wilt dat de PCM erg stroperig wordt om een ​​glazen geheugenbit te vormen die stabiel is."

De stabiliteit die wordt geboden door de overgang van fragiel naar sterk, zorgt ervoor dat een breder scala aan eindtoestanden voor geheugentechnologieën meer informatie kunnen bevatten, en kan ultrasnelle informatieverwerking mogelijk maken, vergelijkbaar met die van menselijke neuronen.

Als materiaalingenieur Lucas zet de eerste stap naar deze toekomst van het neurale netwerk door te werken aan het materiaal waarop het zal bestaan. Terwijl hij werkt aan het diversifiëren van het scala aan staten waarin PCM kan bestaan, hij zal ook het gebied van engineering diversifiëren:zijn onderzoek zal zich specifiek richten op het begeleiden van vrouwen, Spaanse studenten en andere ondervertegenwoordigde studenten in de wetenschap, technologie, techniek en wiskunde.