Cercetătorii descoperă cum ionii facilitează transportul electronilor într-un material poros cu potențial pentru calculul inspirat de creier
O nouă cercetare examinează modul în care electronii și ionii se deplasează prin rețelele metal-organice (MOF), o clasă de materiale cu potențial pentru electronica avansată. Studii publicate în Journal of the American Chemical Society au analizat mecanismele fundamentale care guvernează transportul electronilor și ionilor în aceste materiale.
Profesorul de inginerie chimică Dr. Perla Balbuena și cercetătorul postdoctoral Dr. Alejandro Aviles Sanchez de la Universitatea Texas A&M au folosit simulări computerizate avansate pentru a observa modul în care componentele individuale ale acestor materiale interacționează și se deplasează. Rezultatele ar putea ghida dezvoltarea viitoarelor tehnologii electronice capabile să își adapteze comportamentul, inclusiv dispozitive neuromorfice pentru următoarea generație de calculatoare analogice.
Mecanismul de transport al electronilor
Rețelele metal-organice sunt structuri tridimensionale minuscule formate din centre metalice conectate prin molecule organice numite linker. Structurile lor unice le conferă o gamă de proprietăți chimice și electronice. Deși unele MOF pot conduce electricitatea, oamenii de știință nu înțeleg încă pe deplin cum se deplasează sarcina electrică prin aceste materiale.
Echipa a examinat un MOF pe bază de zinc care conține linkeri organici. Prin simulări, au descoperit că electronii se deplasează prin material prin „salturi” între locuri specifice de pe linkeri, în loc să se miște liber prin întreaga structură. Cel mai important rezultat este că ionii din interiorul materialului pot facilita mișcarea electronilor, demonstrând o legătură strânsă între mișcarea ionilor și cea a electronilor.
Perspective pentru calculul neuromorfic
Descoperirile ajută cercetătorii să înțeleagă mai bine potențialul MOF pentru calculul neuromorfic, o abordare inspirată de modul în care creierul procesează și stochează informația.
În calculatoarele digitale convenționale, procesarea și memoria sunt separate fizic, astfel încât datele trebuie să se deplaseze constant între ele, consumând energie semnificativă. În contrast, creierele biologice sunt extrem de eficiente energetic, având memoria și calculul localizate în aceeași regiune. Această caracteristică a inspirat abordările analogice și neuromorfice care urmăresc să reproducă o parte din această eficiență folosind materiale al căror comportament electric poate varia ca răspuns la stimuli, similar neuronilor.
Materialele care își pot schimba comportamentul electric ca răspuns la stimuli externi ar putea juca un rol în tehnologiile analogice și neuromorfice concepute pentru a procesa informația mai eficient.
Echipa lui Balbuena colaborează cu oameni de știință experimentali de la Sandia National Labs, National Laboratory of the Rockies și Departamentul de Chimie al Universității Texas A&M. Mecanismul identificat ar putea ajuta la explicarea și ghidarea proiectării altor MOF active redox și a materialelor cu comportament similar.
