Monimutkaiset materiaalit voivat organisoitua piireiksi

Tutkittaessa nanomittakaavan materiaalien käyttäytymistä Oak Ridge National Laboratoryssä on löydetty merkittäviä käyttäytymismuotoja, jotka voisivat edistää mikroprosessoreita yli nykypäivän piipohjaisien sirujen.

Tutkimuksessa selvisi, että mikro ja nanomittoihin rajoittunut yksikiteinen monimutkainen oksidimateriaali, voi toimia kuten monikomponenttinen virtapiiri. Tämä käyttäytyminen johtuu tiettyjen monimutkaisten oksidien epätavallisista piirteistä, eli faasin erottumiseksi, jossa pienet materiaalin alueet osoittavat hyvin erilaisia sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia.

"Yhden materiaalin sisällä on samanaikaisia taskuja erilaisine magneettisine ja/tai sähköisine käyttäytymisineen", toteaa tutkimuksen vastaava kirjoittaja ORNL:n Zac Ward. "Mikä oli mielenkiintoista tässä työssä, havaitsimme että voimme käyttää näitä faaseja toimimaan kuten piirielementit. Myös se, että on mahdollista siirtää näitä elementtejä ympäriinsä, tarjoaa kiehtovan mahdollisuuden luoda materiaalissa uudelleen muokattavia piirejä."

Koska faasit vastaavat sekä magneetti- että sähkökentille, materiaalia voidaan ohjata useilla eri tavoilla, mikä luo mahdollisuuden uudentyyppisille tietokonesiruille. Toteutuessaan kyseessä olisi monitoiminen arkkitehtuuri jossa useiden ulkopuolisien ärsykkeiden integrointi voidaan tehdä yhdessä materiaalissa.

University of Pittsburghin tutkijat ovat teoretisoineet järjestelmää jossa tietokone ja materiaali ovat yksi ja sama yksikkö. Heidän mallintama hybridimateriaali voi itsenäisesti muuntaa kemiallisia, mekaanisia ja sähköenergiaa suorittamaan laskennallisia tehtäviä itseorganisoidulla tavalla, ilman ulkoista sähkötehon lähdettä.

Tutkijoiden järjestelmässä itsevärähtelevä geeli käy läpi Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaktion pietsosähköisen (PZ) ulokkeen päällä. BZ geelien kemiallismekaaniset värähtelyt taivuttelevat pietsokerrosta, josta sitten muodostuu jännitte materiaalin yli.

Kun nämä BZ-PZ yksiköt on kytketty sähköisesti sarjaan, niiden värähtelyt tulevat synkronoiduiksi läpi koko verkoston ja tutkijat pystyivät osoittamaan, että verkkoon synkronoidusti kytketyt BZ-PZ oskillaattorit voivat suorittaa hahmontunnistusta.