橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員探索了鐵電材料中的異常行為，這為信息存儲(chǔ)和處理提供了一種新的方法，稱為內(nèi)存計(jì)算。橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員探索了鐵電材料中的異常行為，這為信息存儲(chǔ)和處理提供了一種新的方法，稱為內(nèi)存計(jì)算。(高分辨率圖像)

鐵電材料以其在施加電場(chǎng)時(shí)自發(fā)地轉(zhuǎn)換極化的能力而聞名。使用掃描探針顯微鏡，ORNL領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)利用此特性在鐵電材料表面繪制了被稱為極化的切換極化區(qū)域。令研究人員驚訝的是，當(dāng)以密集陣列的形式書寫時(shí)，這些疇開始在材料表面上形成復(fù)雜且不可預(yù)測(cè)的圖案。

“當(dāng)我們縮小域之間的距離時(shí)，我們開始發(fā)現(xiàn)本來應(yīng)該是完全不可能的事情，” ORNL的安東·伊夫列夫(Anton Ievlev)說，他是《自然物理學(xué)》上發(fā)表論文的第一作者。“突然之間，當(dāng)我們嘗試?yán)L制一個(gè)域時(shí)，它不會(huì)形成，或者會(huì)以棋盤格等交替的形式形成。乍看之下，這沒有任何意義。我們認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)域形成時(shí)，它就形成了。它不應(yīng)該依賴于周圍的領(lǐng)域。”

通過研究在不同條件下的域形成模式，研究人員意識(shí)到可以通過混沌理論來解釋復(fù)雜的行為。ORNL的這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人Sergei Kalinin說，一個(gè)域會(huì)抑制附近第二個(gè)域的創(chuàng)建，但會(huì)促進(jìn)一個(gè)更遠(yuǎn)域的形成-這是混沌行為的前提。

他說：“混亂的行為通常是在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)的，而不是在空間上實(shí)現(xiàn)的。” “一個(gè)例子是滴水的龍頭：有時(shí)水滴以規(guī)則的方式掉落，有時(shí)不以規(guī)則的方式掉下來，但這是一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的過程。像我們的實(shí)驗(yàn)一樣，看到太空中實(shí)現(xiàn)的混沌行為是非常不尋常的。”

南卡羅來納大學(xué)的合作者Yuriy Pershin解釋說，該團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)具有內(nèi)存計(jì)算所需的關(guān)鍵特性，內(nèi)存計(jì)算是一種新興的計(jì)算范例，其中信息存儲(chǔ)和處理在同一物理平臺(tái)上進(jìn)行。

“ Memcomputing基本上是人腦的運(yùn)作方式：神經(jīng)元及其連接(突觸)可以在同一位置存儲(chǔ)和處理信息，” Pershin說。“這個(gè)具有鐵電疇的實(shí)驗(yàn)證明了內(nèi)存計(jì)算的可能性。”

在域半徑內(nèi)對(duì)信息進(jìn)行編碼可以使研究人員在鐵電材料的表面上創(chuàng)建邏輯運(yùn)算，從而組合信息存儲(chǔ)和處理的位置。

研究人員指出，盡管該系統(tǒng)原則上具有通用的計(jì)算能力，但基于域交互效應(yīng)來設(shè)計(jì)具有商業(yè)吸引力的全電子計(jì)算設(shè)備仍需要做大量工作。

“這些研究還使我們重新考慮了表面和電化學(xué)現(xiàn)象在鐵電材料中的作用，因?yàn)楫犗嗷プ饔弥苯幼匪莸脚c開關(guān)過程耦合的電化學(xué)反應(yīng)過程中釋放的表面屏蔽電荷的行為，” Kalinin說。

標(biāo)簽： 鐵電學(xué)