Орчин үеийн электроникийн салбарт хувьсгал хийж болох нэгэн шинэлэг нээлт бий боллоо. Энэ нь хүний тархи шиг ажиллаж, мэдээллийг хадгалах, боловсруулах, суралцах чадвартай молекулын түвшний төхөөрөмж юм. Олон арван жилийн турш эрдэмтэд одоогийн электроникийн үндэс болсон цахиурыг орлох, илүү дэвшилттэй материалыг эрэлхийлсээр ирсэн билээ.
Энэтхэгийн Шинжлэх Ухааны Хүрээлэн (IISc)-ийн судлаачид энэхүү эрэл хайгуулын нэг чухал алхмыг хийж, молекулын төвшинд өөрийн үүргийг хурдан өөрчилж чаддаг “ухаалаг” материалыг бүтээжээ. Энэхүү нээлт нь компьютерийн системийг тархины ажиллах зарчимд улам ойртуулж байна.
Одоогийн технологийн хязгаарлагдмал байдал
Хагас зуун гаруй жилийн турш судлаачид цахиурын хязгаарлалтыг даван туулахыг зорьж, молекулаас электроник бүтээх арга замыг эрэлхийлсээр ирсэн. Гэвч энэ санаа хэдийгээр энгийн бөгөөд гайхалтай сонсогдож байсан ч бодит төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн төвөгтэй байлаа.
Ажиллаж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дотор молекулууд сурах бичгийн цэвэр, тусгаарлагдсан хэсгүүд шиг ажилладаггүй байв. Үүний оронд тэд электронууд хөдөлж, ионууд байрлалаа өөрчилж, гадаргуу цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөж, тэр ч байтугай бүтцийн жижиг ялгаа хүртэл шугаман бус хүчтэй шинж чанарыг үүсгэдэг, олон тооны харилцан үйлчлэл бүхий сүлжээг үүсгэдэг байсан юм. Молекулын төхөөрөмж яг юу хийхийг найдвартай урьдчилан таамаглах, хянах боломжгүй хэвээр үлдсэн нь энэ салбарын гол бэрхшээл байв.
Үүний зэрэгцээ, тархинаас санаа авсан техник хангамж болох нейроморф тооцоолол нь ижил төстэй зорилгыг хэрэгжүүлэхийг зорьж байсан. Энэ нь мэдээллийг хадгалах, тооцоолол хийх, нэг физик бодис дотор бодит хугацаанд дасан зохицох чадвартай материалыг олохыг зорьдог. Гэвч өнөөдрийн тэргүүлэх аргууд нь ихэвчлэн оксидын материал болон утаслаг шилжилт дээр суурилдаг бөгөөд эдгээр нь материалыг сурах чадварыг агуулсан бус, харин суралцах үйлдлийг дуурайлгаж, нарийн зохион бүтээсэн системүүд шиг ажилладаг.
Хоёр бэрхшээлийг нэг шийдэлд нэгтгэсэн нь
Энэтхэгийн Шинжлэх Ухааны Хүрээлэнгийн (IISc) шинэ судалгаа нь эдгээр хоёр удаан хугацааны бэрхшээл нэг шийдэл дээр уулзаж болохыг харуулж байна. Нано Шинжлэх Ухаан, Инженерийн Төв (CeNSE)-ийн туслах профессор Сритош Госвамигийн удирдсан баг хими, физик, цахилгаан инженерийн салбаруудыг хамруулсан хамтын ажиллагааны үр дүнд маш өөр үүрэг гүйцэтгэж чаддаг молекулын жижиг төхөөрөмжүүдийг бүтээжээ.
Энэхүү төхөөрөмжийг хэрхэн идэвхжүүлснээс хамаарч, санах ойн нэгж, логик хаалга, сонгогч, аналог процессор эсвэл хиймэл синапс болгон ашиглах боломжтой. Сритош Госвами “Электрон материалд ийм түвшний дасан зохицох чадвар ховор байдаг. Энд химийн загварчлал нь тооцоололтой зүгээр нэг зүйрлэл бус, харин ажиллах зарчим болж нэгддэг” хэмээн онцолжээ.
Рутений химийн гайхалтай уян хатан чанар
Энэхүү уян хатан байдал нь төхөөрөмжийг бүтээх, тааруулахад ашигласан химийн шинж чанараас үүдэлтэй юм. Судлаачид 17 төрлийн нарийн зохион бүтээсэн рутенийн комплекс нэгдлийг гарган авч, молекулын хэлбэр болон хүрээлэн буй ионы орчны жижиг өөрчлөлтүүд электрон хэрхэн ажиллахад нөлөөлж байгааг судалжээ.
Баг нь рутенийн молекулуудыг тойрон байрлах лигандууд болон ионуудыг тохируулах замаар нэг төхөөрөмж олон төрлийн динамик хариу үйлдлийг үзүүлж чаддагийг харуулсан байна. Энэ нь тэр ч байтугай дижитал болон аналог шинж чанаруудын хооронд шилжих чадвартай, жишээлбэл, дамжуулах чадварын өргөн хүрээний утгуудыг харуулдаг. Молекулын нийлэгжилтийг доктор Прадип Гош, доктор Санти Прасад Ратх нар гүйцэтгэсэн бол төхөөрөмжийн хийцийг тэргүүн зохиогч Паллави Гаур удирджээ.
Гаур “Нэг системд ийм олон талын чадвар нуугдаж байсан нь намайг гайхшруулсан. Зөв молекулын хими, орчны тусламжтайгаар нэг төхөөрөмж мэдээллийг хадгалах, түүгээр тооцоолол хийх, тэр ч байтугай сурч, мартж чаддаг. Хатуу биет электроникоос ийм зүйл хүлээхгүй” гэж ярьжээ.
Молекулын бүтцээс үүргийг урьдчилан таамаглах онол
Эдгээр төхөөрөмж яагаад ийм байдлаар ажиллаж чаддаг болохыг тайлбарлахын тулд молекулын электроникт ихэвчлэн дутагдаж байсан хүчтэй онолын суурь шаардлагатай байв. Судалгааны баг олон биетийн физик болон квант химид суурилсан дамжуулалтын онолын тогтолцоог бий болгосон бөгөөд энэ нь молекулын бүтцээс төхөөрөмжийн үүргийг урьдчилан таамаглах боломжийг олгожээ.
Энэ аргачлалыг ашиглан тэд электронууд молекулын хальсаар хэрхэн дамждаг, хувь хүний молекулууд исэлдэж, ангижрах процесс, мөн эсрэг ионууд молекулын матриц дотор хэрхэн шилжиж байгааг мөшгөж судалсан байна. Эдгээр процессууд нь шилжих, сулрах үйлдлийг тодорхойлж, молекулын төлөв бүрийн тогтвортой байдлыг тодорхойлдог.
Материал дотроо суралцдаг нейроморф техник хангамжийн ирээдүй
Энэхүү судалгааны гол ач холбогдол нь эдгээр комплексийн дасан зохицох чадвар нь санах ой болон тооцооллыг нэг материал дотор нэгтгэх боломжийг олгож байгаа явдал юм. Энэ нь суралцах үйлдлийг материалд нь өөрөө шингээсэн нейроморф техник хангамжийг бий болгох замыг нээж өгч байна.
Судалгааны баг ирээдүйн хиймэл оюун ухааны техник хангамжийг эрчим хүчний хэмнэлттэй, мөн өөрөөсөө ухаалаг байлгах зорилгоор эдгээр материалыг цахиурын чип дээр байрлуулах чиглэлээр ажиллаж байна. Энэ нь одоогийн хиймэл оюун ухааны системүүдийн хязгаарлалтыг даван туулж, илүү үр ашигтай, тархины зарчимтай ойр шийдлүүдийг бий болгоно.
Судалгааны химийн дизайныг удирдсан, CeNSE-ийн зочин эрдэмтэн Среебрата Госвами “Энэхүү ажил нь хими нь тооцооллын зөвхөн ханган нийлүүлэгч бус, харин архитектор нь байж чаддагийг харуулж байна” хэмээн дүгнэжээ.
Энэхүү шинэ нээлт нь компьютерийн технологийн ирээдүйг өөрчилж, бидний төсөөлж байгаагүй шинэ боломжуудыг нээх юм. Ирээдүйд бид илүү хурдан, илүү ухаалаг, илүү эрчим хүчний хэмнэлттэй төхөөрөмжүүдийг ашиглах болно.