Материал эмулирует синапсы нейронов и имитирует обучение, которое происходит во время глубокого сна. Подробности о разработке опубликованы в статье для журнала Materials Horizons. Исследователи разработали материал, который воспроизводит то, как мозг хранит информацию. Он работает, копируя синапсы нейронов. Это имитирует обучение, которое происходит во время глубокого сна.

Магнитный материал разработала группа исследователей из Автономного университета Барселоны, для этого они использовали нейроморфные вычисления. Нейроморфные вычисления — это новая концепция, в которой поведение мозга эмулируется путем имитации основных синаптических функций нейронов. Среди них — пластичность: способность сохранять информацию или забывать ее в зависимости от продолжительности и повторения электрических импульсов, стимулирующих нейроны. Все это связано с обучением и памятью.

Среди материалов, имитирующих синапсы нейронов, исследователи особо выделяют мемрезистивные материалы, сегнетоэлектрики, материалы с фазовым переходом, топологические изоляторы и, с недавних пор, магнитоионные материалы. Изменения их магнитных свойств вызывает перемещение ионов внутри материала с приложением электрического поля.

Роль толщины пленки CoN в движении ионов. а — схематическое изображение срабатывания напряжения на пленках CoN с помощью электролитического затвора. b — эскиз двойного электрического слоя, сформированного на поверхности пленок CoN при электролитном гейтировании. Предоставлено: Materials Horizons (2022). DOI: 10.1039/D2MH01087A

Теперь исследователи разработали материал на основе тонкого слоя мононитрида кобальта (CoN). Приложив электрическое поле, в нем можно контролировать накопление ионов.

«При толщине слоя мононитрида кобальта менее 50 нанометров и при подаче напряжения с частотой более 100 циклов в секунду нам удалось эмулировать дополнительную логическую функцию. После подачи напряжения устройство можно запрограммировать на обучение или забыть что-то без необходимости дополнительной энергии. Все это имитирует синаптические функции, которые происходят в мозге во время глубокого сна. Тогда обработка информации может продолжаться без подачи какого-либо внешнего сигнала», — объясняют авторы исследования.

В итоге ученые разработали искусственный синапс, который в будущем станет новой вычислительной парадигмой. Она заменит ту, которая используется в современных компьютерах.