El dispositivo reconfigurable puede simplificar el diseño de circuitos semiconductores y mejorar la potencia y la velocidad de cuenta – ScienceDaily

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Hoy en día, muchos dispositivos electrónicos dependen de circuitos lógicos semiconductores basados ​​en conmutadores cableados para realizar funciones lógicas predefinidas. Los físicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), junto con un equipo internacional de investigadores, han desarrollado un nuevo memristor molecular, o dispositivo de memoria electrónica, que tiene una capacidad de reconfiguración de memoria excepcional.

A diferencia de los circuitos estándar cableados, el dispositivo molecular se puede reconfigurar usando voltaje para incorporar varias tareas computacionales. La nueva tecnología de eficiencia energética, capaz de aumentar la potencia y la velocidad de la computación, se puede utilizar potencialmente en la informática de punta, así como en dispositivos portátiles y aplicaciones con recursos energéticos limitados.

«Este trabajo es un avance significativo en nuestra búsqueda para diseñar computación de baja energía. La idea de usar múltiples interruptores en un solo elemento se inspira en cómo funciona el cerebro y reinventa fundamentalmente la estrategia de diseño de un circuito lógico», dijo. .dijo el profesor asociado Ariando del Departamento de Física de NUS que dirigió la investigación.

La investigación se publicó por primera vez en la revista Naturaleza el 1 de septiembre de 2021 y se llevó a cabo en colaboración con la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, Hewlett Packard Enterprise, la Universidad de Limerick, la Universidad de Oklahoma y la Universidad Texas A&M.

Tecnología inspirada en el cerebro

«Este nuevo descubrimiento puede contribuir al desarrollo de la computación de borde como un enfoque sofisticado del procesamiento 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 de la memoria del procesador. un dispositivo ”, dijo el profesor adjunto Ariando. El nuevo dispositivo molecular también tiene el potencial de ayudar a diseñar chips de procesamiento de próxima generación con mayor velocidad y potencia de cálculo.

«De manera 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. Además, al igual que la forma en que las células nerviosas pueden almacenar recuerdos, lo hace. El mismo dispositivo también puede contener información para su futura recuperación y procesamiento «, dijo el autor principal, el Dr. Sreetosh Goswami, investigador del Departamento de Física de la NUS.

El miembro del equipo de investigación, el Dr. Sreebrata Goswami, quien fue investigador principal en NUS y anteriormente profesor en la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, conceptualizó y diseñó un sistema molecular que pertenece a la familia química de las fenil azo piridinas que tienen un átomo metálico central unido a moléculas orgánicas llamadas ligandos. «Estas moléculas son como esponjas electrónicas 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», explicó el Dr. Sreebrata Goswami.

El Dr. Sreetosh Goswami creó un pequeño circuito eléctrico que consta de una capa de 40 nanómetros de película molecular intercalada entre una capa superior de oro y una capa inferior de nanodiscos infundidos con oro y óxido de indio y estaño. Observó un perfil de voltaje a 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 a diferentes voltajes secuenciales discretos.

Usando una técnica de imagen llamada espectroscopia Raman, se observaron firmas espectrales en el movimiento vibratorio de la molécula orgánica para explicar las múltiples transiciones. El Dr. Sreebrata Goswami explicó: «Al cambiar el voltaje negativo, los ligandos de la molécula experimentaron una serie de reducciones, o ganancias de electrones, que hicieron que la molécula cambiara entre los estados de apagado y encendido».

Los investigadores describieron el comportamiento de las moléculas usando un algoritmo de árbol de decisión con declaraciones «si-entonces-si no», que se usa en la codificación de varios programas de computadora, especialmente juegos digitales, en comparación con el enfoque convencional de usar bases basadas en la física. ecuaciones.

Nuevas posibilidades para dispositivos energéticamente eficientes

Sobre la base de su investigación, el equipo utilizó dispositivos de memoria molecular para ejecutar programas para diversas tareas computacionales del mundo real. Como prueba de concepto, el equipo demostró que su tecnología podía realizar cálculos complejos en un paso y podía reprogramarse para realizar otra tarea en el siguiente instante. Un solo dispositivo de memoria molecular 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», agregó el profesor de Assoc Ariando.

El equipo está comprometido en la construcción de nuevos dispositivos electrónicos que incorporan su innovación y está trabajando con colaboradores para realizar simulaciones y evaluaciones comparativas relacionadas con tecnologías existentes.

Otros colaboradores del trabajo de investigación incluyen a Abhijeet Patra y Santi Prasad Rath de NUS, Rajib Pramanick de la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, Martin Foltin de Hewlett Packard Enterprise, Damien Thompson de la Universidad de Limerick, T. Venkatesan de la Universidad de Oklahoma y R. Stanley Williams de la Universidad Texas A&M.

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