La ricerca di Pierre Lucas potrebbe portare a ricordi del computer che funzionano più come i ricordi umani.

Immagina se microchip e CD riscrivibili potessero contenere cento volte più dati.

Il modo in cui i dati digitali vengono archiviati inizia con il materiale su cui sono archiviati, quale, in CD riscrivibili e tanti microchip, è qualcosa chiamato materiale a cambiamento di fase, o PCM.

Pierre Lucas, un professore UA presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e il College of Optical Sciences, sta utilizzando una sovvenzione di poco più di $ 560, 000 dalla National Science Foundation per migliorare questi materiali, aprendo la porta a memorie e dispositivi ad alta densità che imitano la raffinatezza del cervello umano.

CD Scienza

mai notato come, quando masterizzi un CD, la parte riflettente del CD vicino al centro diventa più scura? Quella roba riflettente è un materiale a cambiamento di fase che passa dal cristallo, noto anche come "1" in termini digitali, al vetro, o uno "0" in termini digitali. Le memorie a microchip sono fatte dello stesso materiale.

"Tutto quello che scrivi, registrare o salvare sul tuo computer viene costantemente codificato in 0 e 1, " Lucas ha detto. "Allora, quando salvi qualcosa, fondamentalmente stai scrivendo un mucchio di 0 e 1, o convertire piccole celle sul chip del tuo computer in vetro o cristallo."

Se hai guardato la parte più scura del CD con una lente di ingrandimento, vedresti alcuni punti più chiari e altri più scuri:un lettore CD traduce i cristalli riflettenti in 0 e i frammenti di vetro meno riflettenti in 1, e poi traduce quel codice in musica, documenti, immagini o altre informazioni che un utente deve memorizzare.

Parte della ricerca di Lucas riguarda l'espansione delle opzioni per le forme che i materiali a cambiamento di fase possono assumere, invece di salvare solo i bit come completamente cristallo o completamente vetro, potrebbero essere salvati come mezzo cristallo e mezzo bicchiere, o tre quarti dell'uno e un quarto dell'altro.

"Ciò potrebbe consentire ai consumatori di inserire 10 volte più dati su un CD o un microchip, o 100 volte più dati, " ha detto. "In futuro, ciò che gli ingegneri cercheranno di fare è essenzialmente replicare la struttura del cervello e il meccanismo di scambio di informazioni nel modo in cui ogni neurone, orbita, è in comunicazione con ogni altro neurone in quella che viene chiamata una rete neurale artificiale".

Prendere la deriva

Questa nuova forma di PCM spiegherà anche un problema nei materiali attuali noto come deriva. È favorevole che il materiale a cambiamento di fase esista allo stato cristallino perché richiede meno energia, quindi la deriva si verifica quando il materiale originariamente codificato mentre il vetro si trasforma lentamente in cristallo.

"Se il tuo stato era cristallizzato al 75% e nel tempo diventa cristallizzato al 90%, allora non conterrà le stesse informazioni, " Lucas ha detto. "Questo non va bene."

La deriva si verifica perché gli attuali materiali a cambiamento di fase sono fragili, quale, nel gergo della scienza dei materiali, significa che quando passano dal cristallo al vetro, diventano fluidi e meno stabili nel loro stato finale. Lucas sta lavorando per creare una forma di PCM che mostri una transizione da "fragile a forte", il che significa che rimane fluido, o fragile, mentre sta cambiando fase, e diventa viscoso, o forte, nel suo stato finale.

"In un computer, vuoi che il tuo chip di memoria funzioni molto velocemente, il che significa che vuoi che questo cambiamento sia davvero veloce, circa un miliardo di volte al secondo, " Ha detto Lucas. "Ciò significa che il processo di passaggio tra il cristallo e il vetro dovrebbe essere molto veloce, e può succedere così velocemente solo se gli atomi sono in uno stato molto fluido. Ma quando si sta raffreddando, vuoi che il PCM diventi molto viscoso per formare un bit di memoria di vetro che sia stabile."

La stabilità offerta dalla transizione da fragile a forte è ciò che consentirà a una gamma più ampia di stati finali per le tecnologie di memoria di contenere più informazioni, e potrebbe consentire un'elaborazione delle informazioni ultraveloce simile a quella dei neuroni umani.

In qualità di ingegnere dei materiali, Lucas sta facendo il primo passo verso questo futuro di rete neurale lavorando per creare il materiale su cui esisterà. Mentre lavora per diversificare la gamma di stati in cui può esistere PCM, diversificherà anche il campo dell'ingegneria:la sua ricerca includerà un focus specifico sul tutoraggio delle donne, studenti ispanici e altri studenti sottorappresentati in scienze, tecnologia, ingegneria e matematica.