استفاده از اسپینترونیک برای تولید نورون و سیناپس مصنوعی

تاریخ : ۳۰ اردیبهشت ۱۴۰۰

تعداد بازدید : ۳۱۰

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

پژوهشگران نشان دادند که با استفاده از اسپینترونیک می توان واحدهای مشابه با نورون و سیناپس در مغز تولید کرد. ساخت چنین قطعاتی برای تولید ادوات محاسباتی شبیه به مغز انسان مناسب است.

اگرچه کامپیوترها بسیار سریع‌تر از انسان می‌توانند محاسبات ساده را انجام دهند، اما مغز ما در کارهایی مانند تشخیص اشیاء از ماشین‌های سیلیکون یعنی کامپیوترها پیشی می گیرد. علاوه بر این، مغز ما انرژی کمتری نسبت به کامپیوترها مصرف می کند. بخشی از این را می توان با نحوه عملکرد مغز ما توضیح داد؛ در حالی که کامپیوتر از سیستم دوتایی استفاده می کند (با مقادیر 0 یا 1)، سلول‌های مغز می‌توانند سیگنال‌های آنالوگ بیشتری را با طیف وسیعی از مقادیر ارائه دهند.

 

 فیزیکدانان دانشگاه گرونینگن (هلند) با استفاده از یک اکسید با ساختار پیچیده، عناصری شبیه به نورون‌ها و سیناپس‌های مغز ساختند.

 

نتایج کار این گروه در قالب مقاله ای با عنوان Anisotropy and Current Control of Magnetization in SrRuO3/SrTiO3 Heterostructures for Spin-Memristors در نشریه Frontiers in Nanotechnology  به چاپ رسیده است.

 

عملکرد مغز ما را می توان در کامپیوترها شبیه سازی کرد، اما ساختار اصلی هنوز به یک سیستم باینری متکی است. به همین دلیل دانشمند به دنبال راه‌هایی برای گسترش این فناوری هستند و سخت افزاری شبیه به مغز را ایجاد کنند.

 

تامالیکا بانرجی، استاد اسپینترونیک مواد کاربردی در موسسه مواد پیشرفته زرنیک، دانشگاه گرونینگن، می گوید: «یک ایده، ایجاد بیت‌های مغناطیسی است که قادراند حالت های میانی داشته باشند.»

 

او در حوزه اسپینتروینک کار می کند، که از ویژگی مغناطیسی الکترون به نام "اسپین" برای انتقال، دستکاری و ذخیره اطلاعات استفاده می کند.

 

در این مطالعه، آنها فیلم‌های نازکی از یک فلز فرومغناطیسی (اکسید استرانسیم-روتنات ، SRO) ایجاد شده روی یک لایه از اکسید تیتانات استرانسیم ایجاد کردند. این فیلم نازک حاوی دامنه‌های مغناطیسی عمود بر صفحه فیلم بود. گوسنز از محققان این پروژه می‌گوید: «اینها می توانند با کارایی بیشتری نسبت به دامنه‌های مغناطیسی درون صفحه‌ای سوئیچ شوند.»

 

 با انطباق با شرایط رشد، می توان جهت گیری بلوری را در SRO کنترل کرد. پیش از این، دامنه های مغناطیسی خارج از صفحه با استفاده از روش‌های دیگر ساخته شده بودند، اما معمولاً به ساختارهای لایه‌ای پیچیده نیاز است.

 

دامنه های مغناطیسی را می توان با استفاده از جریان از طریق یک الکترود پلاتین در بالای SRO جابجا کرد. گوسنز می گوید: «هنگامی که دامنه‌های مغناطیسی کاملاً عمود بر فیلم قرار بگیرند، کل دامنه تغییر خواهد کرد.»

 

 با این حال، هنگامی که دامنه های مغناطیسی کمی کج می شوند، پاسخ احتمالی است یعنی همه دامنه ها یکسان نیستند و مقادیر میانی هنگامی اتفاق می افتد که فقط بخشی از بلورهای دامنه سوئیچ کرده باشد.

 

دانشمندان می توانند با انتخاب نوع زیرلایه که SRO روی آن رشد می کند، ناهمسانگردی مغناطیسی این ساختار را کنترل کنند. این موضوع  به آنها اجازه می دهد تا دو دستگاه مختلف اسپینترونیک تولید کنند.

 

گووسنز می گوید: «این ناهمسانگردی مغناطیسی دقیقاً همان چیزی است که ما می خواستیم. سوئیچینگ احتمالی با عملکرد نورون ها مقایسه می شود، در حالی که سوئیچینگ قطعی بیشتر شبیه یک سیناپس است.»

منبع : https://phys.org/news/2021-05-material-neurons-synapses.html

نظر شما