Onderzoekers zijn altijd op zoek naar verbeterde technologieën, maar de meest efficiënte computer die mogelijk is, bestaat al. Het kan leren en aanpassen zonder te hoeven worden geprogrammeerd of bijgewerkt. Het heeft een bijna onbeperkt geheugen, is moeilijk te crashen, en werkt met extreem hoge snelheden. Het is geen Mac of een pc; het is het menselijk brein. En wetenschappers over de hele wereld willen zijn capaciteiten nabootsen.

Zowel academische als industriële laboratoria werken aan de ontwikkeling van computers die meer op het menselijk brein lijken. In plaats van te werken als een conventionele, digitaal systeem, deze nieuwe apparaten zouden mogelijk meer als een netwerk van neuronen kunnen functioneren.

"Computers zijn in veel opzichten erg indrukwekkend, maar ze zijn niet gelijk aan de geest, " zei Mark Hersam, de Bette en Neison Harris-leerstoel in onderwijsexcellentie aan de McCormick School of Engineering van de Northwestern University. "Neuronen kunnen zeer gecompliceerde berekeningen uitvoeren met een zeer laag stroomverbruik in vergelijking met een digitale computer."

Een team van Noordwest-onderzoekers, inclusief Hersam, heeft een nieuwe stap voorwaarts in de elektronica bereikt die hersenachtig computergebruik dichter bij de realiteit zou kunnen brengen. Het werk van het team bevordert geheugenweerstanden, of "memristors, ", dit zijn weerstanden in een circuit die "onthouden" hoeveel stroom er doorheen is gevloeid.

Het onderzoek wordt beschreven in het nummer van 6 april van: Natuur Nanotechnologie . Tobin Marks, de Vladimir N. Ipatieff hoogleraar katalytische chemie, en Lincoln Lauhon, hoogleraar materiaalkunde en techniek, zijn ook auteurs op het papier. Vinod Sangwan, een postdoctoraal onderzoeker mede geadviseerd door Hersam, merken, en Lauhon, fungeerde als eerste auteur. De overige co-auteurs - Deep Jariwala, In Soo Kim, en Kan-Sheng Chen - zijn leden van de Hersam, merken, en/of Lauhon-onderzoeksgroepen.

"Memristors kunnen worden gebruikt als een geheugenelement in een geïntegreerde schakeling of computer, "Zei Hersam. "In tegenstelling tot andere herinneringen die tegenwoordig in moderne elektronica bestaan, memristors zijn stabiel en onthouden hun staat, zelfs als je de macht verliest."

De huidige computers gebruiken RAM (Random Access Memory), die zeer snel beweegt als een gebruiker werkt, maar niet-opgeslagen gegevens niet vasthoudt als de stroom uitvalt. Flash-drives, anderzijds, slaan informatie op wanneer ze niet worden gevoed, maar werken veel langzamer. Memristors kunnen een geheugen bieden dat het beste van twee werelden biedt:snel en betrouwbaar. Maar er is een probleem:memristors zijn elektronische apparaten met twee aansluitingen, die slechts één spanningskanaal kan regelen. Hersam wilde het transformeren in een apparaat met drie terminals, waardoor het kan worden gebruikt in complexere elektronische circuits en systemen.

Hersam en zijn team gingen deze uitdaging aan door enkellaags molybdeendisulfide (MoS2) te gebruiken, een atomair dunne, tweedimensionale halfgeleider van nanomateriaal. Net zoals de manier waarop vezels in hout zijn gerangschikt, atomen zijn gerangschikt in een bepaalde richting - "korrels" genoemd - binnen een materiaal. Het vel MoS2 dat Hersam gebruikte heeft een goed gedefinieerde korrelgrens, dat is de interface waar twee verschillende granen samenkomen.

"Omdat de atomen niet in dezelfde richting staan, er zijn onbevredigde chemische bindingen op dat grensvlak, " legde Hersam uit. "Deze korrelgrenzen beïnvloeden de stroomstroom, zodat ze kunnen dienen als een middel om weerstand af te stemmen."

Wanneer een groot elektrisch veld wordt aangelegd, de korrelgrens beweegt letterlijk, een verandering in weerstand veroorzaken. Door MoS2 te gebruiken met dit korrelgrensdefect in plaats van de typische metaal-oxide-metaal memristorstructuur, het team presenteerde een nieuw memristive-apparaat met drie aansluitingen dat op grote schaal kan worden afgesteld met een poortelektrode.

"Met een memristor die kan worden afgestemd met een derde elektrode, we hebben de mogelijkheid om een ​​functie te realiseren die u voorheen niet kon bereiken, "Zei Hersam. "Er is een memristor met drie terminals voorgesteld als een middel om hersenachtig computergebruik te realiseren. Die mogelijkheid onderzoeken we nu actief in het laboratorium."