פרדיגמת מחשוב חדשה בשם מחשוב נוירומורפי מחקה את הפונקציות הסינפטיות החיוניות של נוירונים כדי לדמות התנהגות מוחית. פלסטיות עצבית, המחובר ללמידה ולזיכרון, היא אחת מהפונקציות הללו. הפלסטיות הזו מאפשרת לנוירונים לאגור מידע או לשכוח אותו בהתאם לאורך ותדירות הדחפים החשמליים המפעילים אותם.
חומרים רזיסטטיביים, פרו-אלקטריקים, חומרי זיכרון לשינוי פאזה, מבודדים טופולוגיים, ולאחרונה, חומרים מגנטו-יוניים בולטים בין החומרים הדומים סינפסות נוירונים. באחרון, הפעלת שדה חשמלי גורמת לעקירת היונים בתוך החומר, מה שמשנה את המאפיינים המגנטיים של החומר.
למרות שמובן היטב אפנון המגנטיות בחומרים אלה כאשר שדה חשמלי מופעל, זה מאתגר לשלוט בהתפתחות המאפיינים המגנטיים כאשר המתח מופסק (כלומר, האבולוציה בעקבות הגירוי). זה מקשה על שכפול תהליכים בהשראת המוח, כגון שמירה על למידה יעילה גם כשהמוח נמצא במצב שינה עמוקה (כלומר, ללא גירוי חיצוני).
במחקר חדש, מדענים מה- UAB המחלקה לפיזיקה ג'ורדי סארט ואנריק מננדס, בשיתוף עם ALBA Synchrotron, המכון הקטלאני לננו-מדעים וננוטכנולוגיה (ICN2), וה-ICMAB, הציעו דרך חדשה לשלוט על התפתחות המגנטיזציה הן בגירוי והן לאחר- מצבי גירוי.
הם פיתחו חומר מגנטי המסוגל לחקות את הדרך שבה המוח אוגר מידע. הודות לחומר זה, ניתן לחקות את הסינפסות של נוירונים ולחקות, לראשונה, את למידה המתרחשת במהלך שינה עמוקה.
מדענים פיתחו את החומר על בסיס שכבה דקה של קובלט מווניטריד (CoN) שבה, באמצעות הפעלת שדה חשמלי, ניתן לשלוט בהצטברות של יוני N בממשק שבין השכבה לבין אלקטרוליט נוזלי בו הונחה השכבה.
פרופסור המחקר של ICREA ג'ורדי סורט וסרה הנטר במסלול הקביעות פרופסור אנריק מננדס אמרו: "החומר החדש עובד עם תנועת יונים הנשלטת על ידי מתח חשמלי, באופן מקביל לשלנו מוֹחַ, ובמהירויות דומות לאלו המיוצרות בנוירונים, בסדר גודל של אלפיות שניות. פיתחנו סינפסה מלאכותית שבעתיד עשויה להיות הבסיס לפרדיגמת מחשוב חדשה, אלטרנטיבית לזו המשמשת את המחשבים הנוכחיים".
על ידי הפעלת פולסי מתח, ניתן היה לחקות, בצורה מבוקרת, תהליכים כמו זיכרון, עיבוד מידע, אחזור מידע, ובפעם הראשונה, עדכון מבוקר של מידע ללא מתח מופעל.
עובי שכבת הקובלט המונוניטריד, השולטת באיזו מהירות היונים נעים, ותדר הדופק שונו כדי להשיג שליטה זו.
סידור החומר מאפשר לשלוט בתכונות המגנטואיוניות לא רק בעת הפעלת המתח אלא גם, בפעם הראשונה, בעת הסרת המתח. ברגע שגירוי המתח החיצוני נעלם, ניתן להפחית או להגדיל את המגנטיזציה של המערכת, בהתאם לעובי החומר ולפרוטוקול האופן שבו המתח הופעל בעבר.
מגוון רחב של פונקציות מחשוב נוירומורפיות חדשות אפשרי כעת בגלל תוצאה חדשה זו. הוא מספק פונקציה לוגית חדשה, המאפשרת, למשל, לדמות למידה נוירונית בעקבות גירוי מוחי בזמן שאנו ישנים עמוקים. סוגים אחרים של חומרים נוירומורפיים הקיימים כיום בשוק אינם יכולים לשכפל את היכולות הללו.
ג'ורדי סורט ואנריק מננדס אמר, "כאשר עובי שכבת המונוניטריד הקובלט נמוך מ-50 ננומטר, ועם מתח המופעל בתדר העולה על 100 מחזורים לשנייה, הצלחנו לחקות פונקציה לוגית נוספת: לאחר הפעלת המתח, ניתן לתכנת את המכשיר ללמוד או לשכוח, ללא צורך בהזנה נוספת של אנרגיה, מחקה את התפקודים הסינפטיים המתרחשים במוח בזמן שינה עמוקה, כאשר עיבוד המידע יכול להימשך מבלי להפעיל שום אות חיצוני".
עיון ביומן:
- ז'נגוויי טאן, יוליוס דה רוחאס, סופיה מרטינס, אייטור לופאנדיה, אלברטו קווינטנה, מתאו סיאלונה, חאבייר הררו-מרטין, יוהאן מירשאוט, אנדרה ואנטום, חוסה ל. קוסטה-קרמר, ג'ורדי סורט, אנריק מננדס. בקרת מתח מגורה ופוסט-גירוי תלוית תדר של מגנטיות בניטרידות מתכת מעבר: לעבר מגנטו-יוניות בהשראת המוח. אופקי חומרים, 2022. DOI: 10.1039/D2MH01087A
