El nuevo memristor reconfigurable, o un dispositivo de memoria electrónica, se basa en un sistema molecular que puede hacer la transición entre estados de encendido y apagado en varios voltajes secuenciales discretos, según un artículo publicado en la revista. Naturaleza.
Las profusas interconexiones dendríticas-sinápticas entre las neuronas del neocórtex incorporan intrincadas estructuras lógicas que permiten una toma de decisiones sofisticada que supera ampliamente a cualquier análogo electrónico artificial. La complejidad física va mucho más allá de las tecnologías de fabricación de circuitos existentes: además, la red en un cerebro se puede reconfigurar dinámicamente, lo que proporciona flexibilidad y adaptabilidad a entornos cambiantes. Por el contrario, los circuitos lógicos semiconductores de última generación se basan en interruptores de umbral que están cableados para realizar funciones lógicas predefinidas. Para avanzar en el rendimiento de los circuitos lógicos, Goswami et al. re-imaginó los elementos fundamentales de los circuitos electrónicos expresando una lógica compleja en las propiedades de los materiales a escala nanométrica. Crédito de la imagen: Universidad Nacional de Singapur.
“Este trabajo es un avance significativo en nuestra búsqueda para diseñar computación de baja energía”, dijo el Dr. A. Ariando, investigador de la Universidad Nacional de Singapur.
“La idea de utilizar conmutaciones múltiples en un solo elemento se inspira en cómo funciona el cerebro y reinventa fundamentalmente la estrategia de diseño de un circuito lógico”.
A diferencia de los circuitos estándar cableados, el nuevo memristor se puede reconfigurar usando voltaje para integrar diferentes tareas computacionales.
“Este nuevo descubrimiento puede contribuir a los desarrollos en la computación de borde como un enfoque sofisticado de computación en memoria para superar el cuello de botella de von Neumann, un retraso en el procesamiento computacional visto en muchas tecnologías digitales debido a la separación física del almacenamiento de memoria del procesador de un dispositivo”. Dijo el Dr. Ariando.
El nuevo memristor también tiene el potencial de contribuir al diseño de chips de procesamiento de próxima generación con potencia y velocidad computacionales mejoradas.
“Similar a la flexibilidad y adaptabilidad de las conexiones en el cerebro humano, nuestro dispositivo de memoria se puede reconfigurar sobre la marcha para diferentes tareas computacionales simplemente cambiando los voltajes aplicados”, dijo el Dr. Sreetosh Goswami, también de la Universidad Nacional de Singapur.
“Además, al igual que las células nerviosas pueden almacenar recuerdos, el mismo dispositivo también puede retener información para su futura recuperación y procesamiento”.
En su investigación, los científicos conceptualizaron y diseñaron un sistema molecular que pertenece a la familia química de las fenil azo piridinas que tienen un átomo de metal central unido a moléculas orgánicas llamadas ligandos.
“Estas moléculas son como esponjas de electrones que pueden ofrecer hasta seis transferencias de electrones que dan como resultado cinco estados moleculares diferentes”.
“La interconectividad entre estos estados es la clave detrás de la reconfigurabilidad del dispositivo”, dijo el Dr. Sreebrata Goswami, investigador de la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia.
Los autores crearon un pequeño circuito eléctrico que consta de una capa de 40 nm de película molecular intercalada entre una capa superior de oro y una capa inferior de nanodiscos con infusión de oro y óxido de indio y estaño.
Observaron un perfil de voltaje-corriente sin precedentes al aplicar un voltaje negativo al dispositivo.
A diferencia de los memristores de óxido metálico convencionales que se encienden y apagan con un solo voltaje fijo, estos dispositivos moleculares orgánicos podrían cambiar entre estados de encendido y apagado en varios voltajes secuenciales discretos.
Sobre la base de su investigación, el equipo utilizó los dispositivos de memoria molecular para ejecutar programas para diferentes tareas computacionales del mundo real.
Como prueba de concepto, los investigadores demostraron que su tecnología podía realizar cálculos complejos en un solo paso y podía reprogramarse para realizar otra tarea en el siguiente instante.
Un dispositivo de memoria molecular individual podría realizar las mismas funciones computacionales que miles de transistores, haciendo de la tecnología una opción de memoria más poderosa y energéticamente eficiente.
“La tecnología podría usarse primero en dispositivos portátiles, como teléfonos celulares y sensores, y otras aplicaciones donde la energía es limitada”, dijo el Dr. Ariando.
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S. Goswami et al. 2021. Árboles de decisión dentro de un memristor molecular. Naturaleza 597, 51-56; doi: 10.1038 / s41586-021-03748-0