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目前，许多电子设备都依赖于基于硬接线开关的半导体逻辑电路来执行预定义的逻辑功能。来自新加坡国立大学（NUS）的物理学家和一个国际研究小组共同开发了一种新的分子忆阻器，或是一种电子存储设备，具有出色的存储可重构性。
与硬接线标准电路不同，分子器件可以使用电压重新配置，以嵌入不同的计算任务。这种节能的新技术能够增强计算能力和速度，也可用于边缘计算，以及电源有限的手持设备和应用程序。
（图片来自网络）
“这项工作是我们寻求设计低功耗计算的重大突破。在单个元件中使用多个开关的想法是从大脑的工作方式中获得的灵感，并从根本上重新构思逻辑电路的设计策略，”领导这项研究的NUS物理系副教授Ariando表示。
类脑技术
“作为一种复杂的内存计算方法，这一新发现有助于边缘计算的发展，以克服冯·诺依曼瓶颈——一种在许多数字技术中由于内存存储与设备处理器的物理分离而导致的计算处理延迟，”助理教授Ariando说。新的分子器件有潜力为设计下一代计算能力和速度都得到提高的处理芯片做出贡献。
“与人脑中连接的灵活性和适应性类似，我们的记忆设备可以通过简单地改变外加电压，在执行不同的计算任务时进行动态重新配置。此外，像神经细胞储存记忆一样，同样的设备也可以保留信息以供将来检索和处理，”第一作者、NUS物理系研究员Sreetosh Goswami博士说道。
研究团队成员Sreebrata Goswami博士，曾是NUS的高级研究科学家，和印度科学普及协会的教授，概念化并设计了一个属于苯基偶氮吡啶化学家族的分子系统，其中心金属原子与称为配体的有机分子结合。这些分子就像电子海绵，可以提供多达六个电子转移，从而形成五种不同的分子状态。这些状态之间的互连是设备实现可重构性的关键，”Sreebrata Goswami博士解释道。
Sreetosh Goswami博士制造了一个微型电路，由一层40纳米的分子膜组成，该分子膜夹在一层金的顶层和一层浸金纳米盘和铟锡氧化物的底层之间。当施加一个负电压到设备上，他观察到了一个前所未有的电流-电压分布。与传统金属氧化物忆阻器仅在一个固定电压下开启和关闭不同，这些有机分子器件可以在几个离散的连续电压下在开启和关闭状态之间切换。
利用一种称为拉曼光谱的成像技术，观察到有机分子振动过程中的光谱特征，以解释多重转换。SreebrataGoswami博士解释说：“扫频负电压会触发分子上的配体，使之经历一系列的还原或电子增益，从而导致分子在关闭和打开状态之间转换。”
研究人员使用带有“if-then-else”语句的决策树算法描述了分子的行为，与使用基于基本物理方程的传统方法相比，决策树算法用于一些计算机程序的编码，尤其是数字游戏。
节能设备开发新方向
在他们研究的基础上，研究小组使用分子存储设备为不同的实际计算任务运行程序。作为概念证明，该团队证明了他们的技术可以在一个步骤中执行复杂的计算，并且可以在下一瞬间重新编程以执行另一项任务。一个单独的分子存储设备可以执行与数千个晶体管可执行的相同的计算功能，使该技术成为一种更强大、更节能的存储选择。
“这项技术可能首先用于手持设备，如手机和传感器，以及其他电源有限的应用，” 助理教授Ariando补充道。
该团队正在构建包含其创新技术的新电子设备，并与合作者共同进行与现有技术相关的模拟和基准测试。
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