新材料可以为新计算机创建神经元和突触

经典计算机使用二进制值(0/1)执行。相比之下，我们的大脑细胞可以使用更多的值进行操作，从而使其比计算机更节能。这就是为什么科学家对神经形态(类脑)计算感兴趣的原因。格罗宁根大学(荷兰)的物理学家使用自旋(电子的磁性)使用复合氧化物来创建与大脑中神经元和突触相当的元素。他们的结果发表在5月18日的《纳米技术前沿》上。

尽管计算机可以比人类更快地进行简单的计算，但是我们的大脑在诸如对象识别之类的任务上胜过硅计算机。此外，我们的大脑比计算机消耗的能量更少。部分原因可以通过大脑的操作方式来解释：计算机使用二进制系统(值为0或1)时，脑细胞可以提供更多具有一定范围值的模拟信号。

薄膜

我们大脑的操作可以在计算机中模拟，但是基本体系结构仍然依赖于二进制系统。这就是为什么科学家寻求扩展此方法的方法，以创建更像大脑的硬件，并且还可以与普通计算机交互。格罗宁根大学Zernike先进材料研究所功能材料的自旋电子学教授Tamalika Banerjee说：“一个想法是创建可以具有中间状态的磁性钻头。” 她从事自旋电子学的研究，该技术利用称为“自旋”的电子的磁性来传输，操纵和存储信息。

在这项研究中，她的博士学位 该论文的第一作者学生Anouk Goossens创建了在钛酸锶氧化物衬底上生长的铁磁性金属薄膜(钌酸钌氧化物，SRO)。所得的薄膜包含垂直于薄膜平面的磁畴。Goossens解释说：“与面内磁畴相比，这些开关的切换效率更高。” 通过适应生长条件，可以控制SRO中的晶体取向。以前，已经使用其他技术制作了平面外磁畴，但是这些通常需要复杂的层结构。

磁各向异性

可以使用流过SRO顶部铂电极的电流来切换磁畴。古森斯：“当磁畴完全垂直于胶片取向时，这种切换是确定性的：整个磁畴都会切换。” 但是，当磁畴稍微倾斜时，响应是概率性的：并非所有畴都相同，并且当畴中仅部分晶体切换时会出现中间值。

通过选择在其上生长SRO的基板的变体，科学家可以控制其磁各向异性。这使他们能够生产两种不同的自旋电子器件。“这种磁各向异性正是我们想要的，”古森斯说。“概率转换与神经元的功能相比，而确定性转换更像是突触。”

科学家们希望，将来，可以通过在自旋电子设备中组合这些不同的域来创建类似于大脑的计算机硬件，该设备可以连接到基于标准硅的电路。此外，概率切换还可以进行随机计算，这是一种很有前途的技术，它可以通过随机比特流来表示连续的值。Banerjee：“我们找到了一种控制中间状态的方法，不仅用于内存，而且还用于计算。”

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