Valopulsseilla materiaalin atomiyhteydet uusiksi

Argonne laboratorion tutkijat ovat paljastaneet adaptiivisen vasteen ferrosähköisellä materiaalirakenteella, joka reagoi valopulsseihin tavalla, joka muistuttaa neuroverkkojen plastisuutta. Tätä käyttäytymistä voitaisiin soveltaa energiatehokkaassa mikroelektroniikassa.

Ferrosähköisiä materiaaleja löytyy erilaisista tiedonkäsittelylaitteista, kuten tietokoneen muistista, transistoreista, antureista ja toimilaitteista.

Nyt Argonnen tutkijat yliopistokollegoineen raportoivat yllättävästä mukautuvasta käyttäytymisestä ferrosähköisessä materiaalissa, joka voi kehittyä askel askeleelta haluttuun lopputulokseen riippuen materiaaliin osuvien valopulssien fotonien määrästä.

Tutkijatiimin materiaali on täynnä verkottuneita saaria tai alueita, jotka ovat yhtä erillisiä ​​kuin öljy vedessä. Nämä nanometriset alueet voivat järjestellä itsensä uudelleen vasteena valopulsseille. Tätä mukautuvaa käyttäytymistä voitaisiin käyttää mikroelektroniikassa energiatehokkaana informaation siirtäjänä.

Ryhmän ferrosähköinen näyte on rakennettu kerrokseksi vuorotellen lyijyä ja strontiumtitanaattia. Entuudestaan ryhmä oli suunnannut yhden voimakkaan valopulssin näytteelle ja luonut yhtenäisiä, nanomittakaavaisia ​​järjestyneitä rakenteita.

"Tällä kertaa johdimme näytteeseen monia heikkoja valopulsseja, joista jokainen kestää sekunnin neljännesosan", fyysikko HaidanWen sanoo." tutkimuslaitoksensa tiedotteessa. Tämän tuloksena luotiin ja kuvattiin yhden rakenteen sijaan aluerakenteiden perhe optisesta annoksesta riippuen."

Nanomittakaavaisten vasteiden visualisoimiseksi ryhmä käytti Argonnen Nanoprobe (beamline  26-ID) laitteistoa, jonka nanometrisellä röntgensäteellä näytettä skannailtiin sen altistuessa valopulsseille.

Tuloksena saadut kuvat paljastivat, että verkostuneita nanoalueita luodaan, poistetaan ja konfiguroidaan uudelleen valopulssien vuoksi. Näiden alueiden koko ja rajat kehittyivät ja järjestyivät uudelleen 10 nanometristä 10 mikrometrin pituisiksi. Lopullinen rakenne riippui näytteen stimuloimiseen käytettyjen valopulssien lukumäärästä.

Näyte alkaa hämähäkinverkkomaisella nanoalueiden järjestelyllä, ja valopulssien aiheuttaman häiriön vuoksi verkko hajoaa ja muodostaa täysin uusia konfiguraatioita, jotka toimivat jonkin halutun pääteosaan liittyneenä analogisesti adaptiivisen verkon tapaan.

Tämän uraauurtavan löydön avulla ajasta riippuvaisista muutoksista verkottuneissa nanoalueissa kehittäjät ovat tiellä rakentaa mukautuvia verkkoja informaation tallentamista ja käsittelyä varten. Tällainen kehitys lupailee energiatehokkaampia tietokonejärjestelmiä.

Ohjelmoimalla optisten pulssijonojen intervallia, intensiteettiä ja aallonpituutta, materiaalin vasteet voidaan virittää luomaan esimerkiksi valolla ohjelmoitavia nanomittakaavan elektronisia piirejä tai synaptisia painoarvoja valopohjaiseen neuromorfiseen rakenteeseen.

Aiheesta aiemmin:

Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan

Neuromorfisia näkösensoreita

Ajattelevia ja synaptisia pehmorakenteita