Obwody elektryczne z wykorzystaniem dwutlenku wanadu oraz cieczy jonowych to podstawa technologii budowy urządzeń, inspirowanej działaniem mózgu.

Stuart Parkin jest dyrektorem placówki, zajmującej się fizyką mikrostrukturalną w ramach Towarzystwa Wspierania Nauki im. Maxa Plancka. Pod jego przewodnictwem, naukowcy latami badali różne substancje, które mogłyby nadawać się do budowy procesora, działającego w oparciu o zjawiska zachodzące w zwojach mózgowych. Obiecującą, przez wzgląd na swoje właściwości, grupą materiałów są tlenki metali – mogą naprzemiennie być izolatorami i przewodnikami, zmieniając stan pod wpływem niewielkiej dawki energii. Stuart Parkin w szczególności zainteresował się dwutlenkiem wanadu, w którym ta zmiana zachodzi przy użyciu ilości energii zbliżonej do temperatury pokojowej. Aby zwiększyć wydajność, z jaką napięcie jest wstanie przekształcić tę substancję z izolatora w przewodnik, badacze użyli specyficznego tranzystora. Na cienkiej powłoce z dwutlenku wanadu, w roli bramy umieścili mikroskopijną kroplę cieczy jonowej (płyn w całości składający się z anionów i kationów, stopiona sól). Zgodnie z założeniem badaczy, po zetknięciu jej z napięciem, kropla miałaby się spolaryzować, zaś ładunki zbierające się przy warstwie dwutlenku wanadu – zwiększyć potencjał pola elektromagnetycznego, które zmienia właściwości przewodzące związku.

Tranzystor rzeczywiście zadziałał i osiągnięto zamierzony rezultat, choć możliwe, że poprzez mechanizm odmienny od przewidywanego. Mianowicie, przemiana w przewodnik miałaby nastąpić wskutek przyciągania atomów tlenu z substancji przez bramę z cieczy jonowej. Jest to dosyć drastyczna fizycznie przemiana materiału. Krystaliczna struktura dwutlenku wanadu umożliwia też wystąpienie innych zjawisk – ciekawe jest to, że przy dostarczeniu energii elektrycznej materiał ten zwiększa swoją objętość o około 3%, podczas gdy w przypadku ciepła minimalnie się kurczy (0,3%). Shriram Ramanatham, zajmujący się tlenkami metali na Uniwersytecie Harvarda, przyrównuje podobne związki do gąbek, przez wzgląd na zdolność do przetrzymywania dużych ilości tlenu i wypuszczania go.

Zdaniem Stuarta Parkina, przyszłość komputerów leży nie w coraz mniejszych i szybszych, lecz w wymagających dużej mocy urządzeniach. Widzi ją właśnie we wzorowanych na budowie mózgu (i jego wydajności względem pobieranej energii) obwodach o taktowaniu rzędu dziesiątków herców, o prawdopodobnie zupełnie odmiennej architekturze niż obecne procesory.

Źródło: Spectrum; Zdjęcia: IBM, Max Planck Institute

Kolejny artykuł znajdziesz poniżej