Французским инженерам удалось создать органический транзистор с добавлением наночастиц золота, который может использоваться в схемах, имитирующих передачу сигналов в нервной системе.

Синапсы — области контакта нейронов между собой или с иннервируемыми ими тканями — служат для передачи нервных импульсов. Общее число синапсов в мозге человека приблизительно на семь порядков превосходит количество нейронов; очевидно, если ученые хотят создать компьютер, моделирующий деятельность мозга, им совершенно необходимо разработать простой и эффективный «электронный синапс». Такие устройства уже конструировались ранее, но все предложенные схемы содержали не менее семи кремниевых транзисторов.

Конструкция транзистора; «С» — сток, «И» — исток (иллюстрация из журнала Advanced Functional Materials)

Способность настраивать параметры передачи входных сигналов относится к важнейшим характеристикам биологического синапса. Он, к примеру, может ослаблять сигнал в том случае, если импульсы подаются на «вход» с высокой частотой; это его свойство принято называть пластичностью.

Авторам удалось получить электронный аналог эффекта пластичности с помощью золотых наночастиц и органического полупроводника — ароматического углеводорода пентацена. Частицы были заключены в пентаценовую пленку и располагались в канале транзистора, играя роль наноразмерных конденсаторов. Для создания «усиливающего» синапса перед подачей периодической последовательности импульсов исследователи заряжали наночастицы (подавали отрицательное напряжение на затвор), а «ослабляющий» синапс требовал предварительной подачи положительного напряжения.

Авторам также удалось смоделировать поведение синапсов обоих типов без начального программирования. В этом случае на затвор подавалась такая же периодическая последовательность импульсов, определявшая процесс заряда и разряда наночастиц.

Выходной сигнал (ток стока) транзистора, имитирующего «ослабляющий» (вверху) и «усиливающий» синапсы. В первом случае на затвор предварительно подавали напряжение +50 В, во втором — –50 В. (Иллюстрация из журнала Advanced Functional Materials)

Полная версия отчета опубликована в журнале Advanced Functional Materials; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.