Эрдэмтэд цахим үүргээ хурдан хувьсгаж, санах ой, логик, тэр ч байтугай хиймэл синапс мэт ажиллах чадвартай молекулын төхөөрөмжүүдийг бүтээжээ. Молекулын түвшинд уян хатан химийн бүтцийг зохион бүтээснээр тэд тооцооллыг хүний тархины үйл ажиллагаанд улам ойртуулж байна. Сэтгэж, санаж, сурч чаддаг жижиг молекулууд нь электроник болон тархины хоорондох холбоос хэсэг байж болох юм.
Хагас зуун гаруй жилийн турш эрдэмтэд молекулаас электроник бүтээх замаар цахиурыг орхих арга замыг хайж ирсэн. Энэ санаа нь энгийн бөгөөд гайхалтай сонсогдож байсан ч бодит төхөөрөмжүүд нь ихээхэн төвөгтэй байв. Ажиллаж буй бүрэлдэхүүн хэсгийн дотор молекулууд сурах бичигт гардаг шиг цэвэрхэн, тусгаарлагдсан хэсгүүд шиг ажилладаггүй. Харин тэдгээр нь электрон хөдөлж, ионууд байрлалаа өөрчилж, гадаргуу цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөж, бүр бүтцийн жижиг ялгаа хүртэл шугаман бус хүчтэй үйл ажиллагааг өдөөдөг, нягтаршилтай, харилцан үйлчлэлтэй сүлжээг үүсгэдэг. Энэхүү боломж нь сэтгэл хөдөлгөм байсан ч молекулын төхөөрөмж юу хийх, түүнийг хэрхэн найдвартай урьдчилан таамаглах, хянах боломжгүй хэвээр байв.
Үүнтэй зэрэгцэн нейроморф тооцоолол нь ижил зорилгыг хэрэгжүүлэхийг зорьж ирсэн. Нейроморф тооцоолол буюу тархинаас санаа авсан техник хангамж нь мэдээллийг хадгалах, тооцоолол хийх, мөн нэг физик бодисын дотор бодит цаг хугацаанд дасан зохицох чадвартай материалыг олохыг зорьдог. Гэвч өнөөдрийн тэргүүлэх аргууд нь ихэвчлэн оксидын материал болон утаслаг шилжүүлэлт дээр суурилсан бөгөөд тэдгээр нь сурах үйлдлийг байгалиасаа агуулсан материал биш, харин сурахыг дуурайдаг, нарийн зохион бүтээгдсэн систем мэт ажилладаг.
Хоёр том асуудлыг нэгтгэсэн шинэ судалгаа
Энэтхэгийн Шинжлэх Ухааны Хүрээлэнгийн (IISc) шинэ судалгаагаар эдгээр хоёр удаан хугацааны туршид оршин тогтносон асуудал нэг шийдэлд хүрч болохыг харуулж байна. Нано Шинжлэх Ухаан, Инженерийн Төвийн (CeNSE) туслах профессор Среетош Госвамигийн удирдсан баг хими, физик, цахилгааны инженерийн салбаруудыг хослуулан ажиллаж, өөр өөр үүрэг гүйцэтгэхээр тохируулж болох жижиг молекулын төхөөрөмжүүдийг бүтээжээ. Төхөөрөмжийг хэрхэн өдөөснөөс хамааран энэ нь санах ойн нэгж, логик хаалга, сонгогч, аналог процессор эсвэл цахим синапс болж ажиллах боломжтой.
Среетош Госвами хэлэхдээ: “Электрон материалуудад ийм түвшний дасан зохицох чадварыг харах нь ховор тохиолдол юм. Энд химийн зохион бүтээлт нь тооцоололтой зөвхөн аналог байдлаар бус, харин ажиллах зарчим болон нэгдэж байна” гэжээ. Энэхүү уян хатан байдал нь төхөөрөмжийг бүтээх болон тохируулахад ашигласан химийн шинж чанараас үүдэлтэй юм. Судлаачид 17 төрлийн рутениум комплексийг нарийн хийцлэн бүтээж, молекулын хэлбэрийн жижиг өөрчлөлт болон эргэн тойрон дахь ионы орчин нь электроны зан байдалд хэрхэн нөлөөлж байгааг судалжээ. Рутениум молекулын эргэн тойронд байрлах лигандууд болон ионуудыг тохируулснаар, нэг төхөөрөмж олон төрлийн динамик хариу үйлдлийг үзүүлж чадахыг тус баг харуулсан байна. Энэ нь дижитал болон аналог үйл ажиллагааны хооронд шилжих чадвартай бөгөөд, тухайлбал, дамжуулах чадварын өргөн хүрээнд ажиллах боломжтой.
Нэг систем доторх олон талын чадвар
Молекулын синтезийг Раманужаны судлаач Прадип Гош болон CeNSE-ийн хуучин докторын оюутан Санти Прасад Рат нар гүйцэтгэжээ. Төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийг CeNSE-ийн анхны зохиогч, докторын оюутан Паллави Гаур удирдсан байна. Гаур хэлэхдээ: “Намайг гайхшруулсан зүйл бол нэг систем дотор маш олон талын чадвар нуугдаж байсан явдал байлаа. Зөв молекулын хими болон орчныг бүрдүүлбэл, нэг төхөөрөмж мэдээллийг хадгалах, түүгээр тооцоолол хийх, тэр ч байтугай сурах, сурахаа болих чадвартай болно. Энэ нь хатуу төлөвт электроникоос хүлээх зүйл биш юм” гэжээ.
Молекулын бүтцээс үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах онол
Төхөөрөмжүүд яагаад ийм байдлаар ажиллаж чадаж байгааг тайлбарлахын тулд молекулын электроникт ихэвчлэн дутагдалтай байдаг хүчирхэг онолын үндэс шаардлагатай байв. Тус баг олон биет физик болон квант хими дээр суурилсан тээврийн тогтолцоог бий болгосон бөгөөд энэ нь молекулын бүтцээс төхөөрөмжийн үйл ажиллагааг урьдчилан таамаглах чадвартай юм. Энэ аргыг ашиглан тэд электрон молекулын хальсаар хэрхэн дамжин өнгөрөх, бие даасан молекулууд хэрхэн исэлдэлт, ангижралтыг дамжих, мөн эсрэг ионууд молекулын матриц дотор хэрхэн шилжихийг олж тогтоожээ. Эдгээр процессууд нь хамтдаа шилжүүлэлт болон тайвшрах үйл ажиллагааг бүрдүүлж, молекулын төлөв бүр хэр тогтвортой болохыг тодорхойлдог.
Ухаалаг ирээдүй рүү
Энэхүү комплексуудын дасан зохицох чадвар нь санах ой болон тооцооллыг нэг материал дотор нэгтгэх боломжийг олгож байгаа нь гол үр дүн юм. Энэ нь сурах үйлдлийг материал дотор нь кодлох боломжтой нейроморф техник хангамжийг бий болгох замыг нээж байна. Тус баг эдгээр материалыг цахиурын чип дээр байрлуулах чиглэлээр аль хэдийн ажиллаж байгаа бөгөөд эрчим хүчний хэмнэлттэй бөгөөд дотооддоо ухаалаг ирээдүйн хиймэл оюун ухааны техник хангамжийг бүтээх зорилготой юм.
CeNSE-ийн зочин эрдэмтэн бөгөөд судалгааны хамтран зохиогч Среебрата Госвами химийн дизайныг удирдаж хэлэхдээ: “Энэхүү ажил нь хими нь тооцооллын зөвхөн ханган нийлүүлэгч биш, харин түүнийг бүтээгч байж чадахыг харуулж байна” гэжээ.
Эх сурвалж: “Молекулын инженерчлэлээр бүтээсэн дахин тохируулагддаг нейроморф үйл ажиллагааны мемристорууд” (Molecularly Engineered Memristors for Reconfigurable Neuromorphic Functionalities) нэртэй судалгааг Паллави Гаур, Бидьябхусан Кунду, Прадип Гош, Шаён Бхаттачарья, Лохит Т, Харивигнеш С, Санти П. Рат, Дамиен Томпсон, Среебрата Госвами, Среетош Госвами нар хамтран гүйцэтгэсэн бөгөөд 2025 оны 12-р сарын 9-нд Advanced Materials сэтгүүлд нийтлэгдсэн. DOI: 10.1002/adma.202509143