I ricercatori sono sempre alla ricerca di tecnologie migliorate, ma il computer più efficiente possibile esiste già. Può imparare e adattarsi senza bisogno di essere programmato o aggiornato. Ha una memoria quasi illimitata, è difficile schiantarsi, e funziona a velocità estremamente elevate. Non è un Mac o un PC; è il cervello umano. E gli scienziati di tutto il mondo vogliono imitare le sue capacità.

Sia i laboratori accademici che quelli industriali stanno lavorando per sviluppare computer che funzionino più come il cervello umano. Invece di operare come un convenzionale, sistema digitale, questi nuovi dispositivi potrebbero potenzialmente funzionare più come una rete di neuroni.

"I computer sono molto impressionanti in molti modi, ma non sono uguali alla mente, " ha detto Mark Hersam, la cattedra Bette e Neison Harris in Teaching Excellence presso la McCormick School of Engineering della Northwestern University. "I neuroni possono ottenere calcoli molto complicati con un consumo energetico molto basso rispetto a un computer digitale".

Un team di ricercatori della Northwestern, compreso Hersam, ha compiuto un nuovo passo avanti nell'elettronica che potrebbe avvicinare alla realtà l'informatica simile al cervello. Il lavoro del team migliora i resistori di memoria, o "memristori, " che sono resistori in un circuito che "ricordano" quanta corrente è passata attraverso di loro.

La ricerca è descritta nel numero del 6 aprile di Nanotecnologia della natura . Tobin marchi, il professore di chimica catalitica Vladimir N. Ipatieff, e Lincoln Lauhon, professore di scienze e ingegneria dei materiali, sono anche autori sulla carta. Vinod Sangwan, un borsista post-dottorato co-consigliato da Hersam, Segni, e Lauhon, servito come primo autore. I restanti coautori:Deep Jariwala, In Soo Kim, e Kan-Sheng Chen, sono membri dell'Hersam, Segni, e/o gruppi di ricerca Lauhon.

"I memristori potrebbero essere usati come elemento di memoria in un circuito integrato o in un computer, " ha detto Hersam. "A differenza di altri ricordi che esistono oggi nell'elettronica moderna, i memristori sono stabili e ricordano il loro stato anche se perdi il potere."

I computer attuali utilizzano la memoria ad accesso casuale (RAM), che si muove molto rapidamente mentre un utente lavora ma non conserva i dati non salvati in caso di interruzione dell'alimentazione. unità flash, d'altra parte, memorizzare le informazioni quando non sono alimentati ma funzionano molto più lentamente. I memristors potrebbero fornire una memoria che è il meglio dei due mondi:veloce e affidabile. Ma c'è un problema:i memristori sono dispositivi elettronici a due terminali, che può controllare solo un canale di tensione. Hersam voleva trasformarlo in un dispositivo a tre terminali, consentendone l'utilizzo in circuiti e sistemi elettronici più complessi.

Hersam e il suo team hanno affrontato questa sfida utilizzando disolfuro di molibdeno a strato singolo (MoS2), un atomicamente sottile, semiconduttore nanomateriale bidimensionale. Proprio come il modo in cui le fibre sono disposte nel legno, gli atomi sono disposti in una certa direzione, chiamata "grani", all'interno di un materiale. Il foglio di MoS2 utilizzato da Hersam ha un bordo grano ben definito, che è l'interfaccia in cui due diversi grani si uniscono.

"Poiché gli atomi non sono nello stesso orientamento, ci sono legami chimici insoddisfatti a quell'interfaccia, " Spiegò Hersam. "Questi bordi di grano influenzano il flusso di corrente, in modo che possano servire come mezzo per sintonizzare la resistenza."

Quando viene applicato un grande campo elettrico, il confine del grano si muove letteralmente, provocando un cambiamento di resistenza. Utilizzando MoS2 con questo difetto del bordo grano invece della tipica struttura a memristore metallo-ossido-metallo, il team ha presentato un nuovo dispositivo memristivo a tre terminali ampiamente sintonizzabile con un elettrodo di gate.

"Con un memristore che può essere sintonizzato con un terzo elettrodo, abbiamo la possibilità di realizzare una funzione che prima non potevi realizzare, "Hersam ha detto. "Un memristor a tre terminali è stato proposto come mezzo per realizzare calcoli simili al cervello. Ora stiamo esplorando attivamente questa possibilità in laboratorio".