I computer classici utilizzano valori binari (0/1) per eseguire. Al contrario, le nostre cellule cerebrali possono utilizzare più valori per operare, rendendoli più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai computer. Questo è il motivo per cui gli scienziati sono interessati all'informatica neuromorfica (simile al cervello). I fisici dell'Università di Groningen (Paesi Bassi) hanno utilizzato un ossido complesso per creare elementi paragonabili ai neuroni e alle sinapsi nel cervello usando gli spin, una proprietà magnetica degli elettroni. I loro risultati sono stati pubblicati il ​​18 maggio sulla rivista Frontiere delle nanotecnologie.

Sebbene i computer possano eseguire calcoli semplici molto più velocemente degli umani, il nostro cervello supera le macchine al silicio in compiti come il riconoscimento di oggetti. Per di più, il nostro cervello consuma meno energia dei computer. Parte di ciò può essere spiegato dal modo in cui opera il nostro cervello:mentre un computer utilizza un sistema binario (con valori 0 o 1), le cellule cerebrali possono fornire più segnali analogici con una gamma di valori.

Film sottili

Il funzionamento del nostro cervello può essere simulato nei computer, ma l'architettura di base si basa ancora su un sistema binario. Ecco perché gli scienziati cercano modi per espandere questo, creare hardware più simile al cervello, ma si interfaccia anche con i normali computer. "Un'idea è creare bit magnetici che possono avere stati intermedi, "dice Tamalika Banerjee, Professore di Spintronica dei materiali funzionali allo Zernike Institute for Advanced Materials, Università di Groninga. Si occupa di spintronica, che utilizza una proprietà magnetica degli elettroni chiamata "spin" per trasportare, manipolare e memorizzare le informazioni.

In questo studio, il suo dottorato di ricerca studentessa Anouk Goossens, primo autore del saggio, film sottili di un metallo ferromagnetico (ossido di stronzio-rutenato, SRO) cresciuto su un substrato di ossido di titanato di stronzio. Il film sottile risultante conteneva domini magnetici perpendicolari al piano del film. "Questi possono essere commutati in modo più efficiente rispetto ai domini magnetici nel piano, " spiega Goossens. Adattando le condizioni di crescita, è possibile controllare l'orientamento del cristallo nell'SRO. In precedenza, domini magnetici fuori dal piano sono stati realizzati utilizzando altre tecniche, ma questi richiedono tipicamente strutture a strati complesse.

Anisotropia magnetica

I domini magnetici possono essere commutati utilizzando una corrente attraverso un elettrodo di platino sopra l'SRO. Goossens:"Quando i domini magnetici sono orientati perfettamente perpendicolarmente al film, questo passaggio è deterministico:l'intero dominio cambierà." Tuttavia, quando i domini magnetici sono leggermente inclinati, la risposta è probabilistica:non tutti i domini sono uguali, e i valori intermedi si verificano quando solo una parte dei cristalli nel dominio è cambiata.

Scegliendo varianti del substrato su cui viene coltivato l'SRO, gli scienziati possono controllare la sua anisotropia magnetica. Ciò consente loro di produrre due diversi dispositivi spintronici. "Questa anisotropia magnetica è esattamente ciò che volevamo, " dice Goossens. "La commutazione probabilistica è paragonabile a come funzionano i neuroni, mentre il passaggio deterministico è più simile a una sinapsi."

Gli scienziati si aspettano che in futuro, hardware del computer simile al cervello può essere creato combinando questi diversi domini in un dispositivo spintronico che può essere collegato a circuiti standard a base di silicio. Per di più, la commutazione probabilistica consentirebbe anche il calcolo stocastico, una tecnologia promettente che rappresenta valori continui da flussi di bit casuali. Banerjee:"Abbiamo trovato un modo per controllare gli stati intermedi, non solo per la memoria ma anche per l'informatica."