新分子装置具有接近人脑的可塑性

研究人员设计的分子器件具有类似人脑的可塑性。

当地时间9月1日，美国德州农工大学领导的国际团队在《自然》期刊发文，介绍了一种具有非凡计算能力的新型分子设备。它具有与人脑接近的可塑性：研究人员只需简单地改变电压，便可根据不同的计算任务动态地重置（reconfigure）设备。此外，新设备还像神经细胞那样具有记忆储存功能。新分子装置或将推动下一代芯片的设计，提高其计算能力和速度，并减少能耗。

几乎所有计算机都面临着一位共同的敌人——冯·诺依曼瓶颈。这种瓶颈是必然的，计算机花费大量时间在存储和处理系统之间传送信息，导致其产生。忆阻器提供了一种绕过冯·诺依曼瓶颈的方法，它可以在绝缘体和导体间转换。但它由宝贵的稀土元素制成，并且只能在有限的温度范围内工作。“因此，人类一直在寻找具有类似记忆功能的有机分子。”德州农工大学电气与计算机工程系教授R·StanleyWilliams博士说。

印度科学培养协会（IACS）教授SreebrataGoswami博士设计了分子设备的材料。化合物包含一个中心金属原子（铁）和三个苯基偶氮吡啶有机配体。Sreebrata教授说：“这种金属有机配合物就像一块电子海绵，能够可逆地吸收多达6个电子，产生7种不同的氧化还原态。这些状态之间的相互连接是可塑性的关键。”

新加坡国立大学研究人员SreetoshGoswami博士创建了一种包含纳米分子膜、顶部金层和底部镀金纳米盘-铟锡氧化物的“三明治型”微型电路。当向电路施加负电压时，Sreetosh博士观察到了一条前所未见的电流-电压曲线。金属氧化物忆阻器只能在固定电压下从金属转换到绝缘体，而有机分子器件在若干离散的顺序电压下从绝缘体转换为导体。Sreetosh博士说：“这个设备扮演了开关的角色。当负电压更低时，设备表现出多次开关的特征。”经实验证实，分子器件能够在一个时间步长内完成相当复杂的计算，然后瞬间重置，立刻执行另一项任务。

“分子器件用不同的方式完成了类脑任务。当人类在学习新知识或做决定时，大脑实际上是在重置以改变物理线路。与此类似，我们通过给分子器件施加不同的电压脉冲，完成了逻辑上的重置。”研究人员表示，分子器件的计算能力与数千个晶体管相当。新型分子器件可能会首先应用于手机、传感器以及其他电能有限的设备。

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编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：https://www.eurekalert.org/news-releases/927196

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