Kemiallista logiikkaa

Pylväsmäiset nestekiteet ovat samankokoisia kuin nykyiset transistorit. Image: ©2019 Aida Group

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa suorittaneet logiikkaoperaatioita kemiallisten rakenteiden avulla, käyttäen apuna sähkökenttiä ja ultraviolettivaloa.

Tokion yliopiston kemian ja biotekniikan ja RIKEN-tutkimuslaitoksen tieteilijät ovat kehittäneet rakenteen, joka osoittaa laskennalle hyödyllisiä toimintoja. Perinteiset tietokoneet käyttävät sähköistä varausta edustamaan binäärilukuja (1 ja 0), mutta nyt kehitetty rakenne hyödyntää sähkökenttiä ja UV-valoa. Ne mahdollistavat pienemmän tehonkäytön ja luovat vähemmän lämpöä kuin sähkövaraukseen perustuva logiikka.

Laite eroaa myös huomattavasti nykyisistä puolijohdesiruista, koska se on luonteeltaan kemiallinen, ja tämä ominaisuus tuottaa sen mahdollisen hyödyllisen laskennan tulevaisuudessa. Se ei ole vain energian ja lämmön hyöty; tämä laite voitaisiin myös valmistaa edullisesti ja helposti.

Rakenteessa on levyn- ja tangonmuotoisia molekyylejä, jotka koostuvat sopivissa olosuhteissa itsestään spiraaliportaiden muotoisiksi pylväiksi, joita kutsutaan pylväsmäisiksi nestekiteiksi (CLC).

Ennen logiikkaoperaation aloittamista tutkijat keräävät CLC-näytteet kahden elektrodeilla peitetyn lasilevyn väliin. Polarisoitu valo, joka värähtelee aina yhdessä tasossa, kulkee näytteen läpi toisella puolella olevaan ilmaisimeen.

Näytteen oletustilassa pylväsnestekiteet ovat satunnaisesti orientoituneessa tilassa, joka sallii valon pääsyn ilmaisimeen. Kun joko sähkökenttä tai UV-valo kytketään erikseen ”on” ja sitten ”off,” havaittu lähtö pysyy samana. Mutta kun sähkökenttä ja UV-valo kytkeytyvät yhdessä ja sitten pois päältä noin sekunnin kuluttua, CLC:t muodostuvat yhteen tavalla, joka ei päästä valoa ilmaisimelle.

Kun valon ja pimeyden "ulostulo" -tilat sekä sähkökentän ja UV-valon "tulo" -tilat tunnistetaan binääriluvuiksi, prosessi on suorittanut tehokkaasti loogisen AND-funktion.

”AND-toiminto on yksi useista peruslogiikkatoiminnoista, mutta tärkein laskennassa on NOT-AND tai NAND-toiminto. Tämä on yksi monista jatkotutkimuksen aiheista”.

”Haluamme myös lisätä CLC:iden nopeutta ja tiheyttä, jotta ne olisivat käytännöllisempiä. Minua kiehtoo se, miten itsestään koottavat molekyylit, kuten sellaiset, joita käytämme CLC-yhdisteiden valmistamiseksi, aiheuttavat ilmiöitä, kuten loogisia toimintoja.” selvittää työn jatkovaiheita tohtorikoulutettava Keiichi Yano.

Aiheesta aiemmin:

Kemiallinen muistiyksikkö chitti