Физика хаоса в ферроэлектриках способствует совершенствованию вычислительного процесса

Неожиданное поведение ферроэлектриков, с которыми работают исследователи из Окриджской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США, поддерживает новый подход к хранению и обработке информации.

Ферроэлектрики известны своей способностью спонтанно менять поляризацию под воздействием электрического поля. Благодаря сканирующему микроскопу ученые использовали это свойство, чтобы растянуть области переключенной поляризации под названием домены на поверхности ферроэлектриков. Каково же было удивление исследователей, когда написанные в плотных множествах домены начали формировать сложные и непредсказуемые шаблоны на поверхности материалов.

«Когда мы сократили расстояние между областями, то начали видеть вещи, которых вообще не может быть», заявил Антон Иевлев, первый автор статьи, опубликованной в издании Nature Physics. „Если мы попытались бы растянуть эту область, она не сформировалась бы или сформировала бы переменный шаблон, как шахматное поле. На первый взгляд, смысла в этом не было. Мы полагали, что когда область формируется, она это делает, и от окружающих областей не зависит“.

После исследования шаблонов формирования области в переменных условиях ученые поняли, что сложное поведение можно объяснить теорией хаоса. Одна область или домен подавляет создание второй области, расположенной рядом, но облегчает формирование расположенной через один домен — предварительное условие хаотического поведения, сообщил исследователь Сергей Калинин.

«Хаотическое поведение в целом реализуется во времени, а не в пространстве», сказал он. „Пример такого поведения — капающий кран: иногда капли падают через равные промежутки времени, а иногда нет, и все же процесс зависит от времени. Наблюдать хаотическое поведение, реализуемое в пространстве, как в нашем эксперименте, весьма необычно“.

Юрий Першин из университета Южной Каролины пояснил, что система, разработанная учеными, обладает ключевыми особенностями, необходимыми для мемкомпьютинга, новой компьютерной парадигмы, в которой хранение и обработка информации выполняются на одной физической платформе.

«Мемкомпьютинг работает как человеческий мозг: нейроны и их связи, синапсы, способны сохранять и обрабатывать информацию в одном и том же месте», отметил Першин. „Эксперимент с доменами ферроэлектриков демонстрирует потенциальные возможности мемкомпьютинга“.

Кодирование информации в радиусе домена может позволить ученым создавать логические операции на поверхности ферроэлектриков, комбинируя локации хранения и обработки информации. Исследователи отмечают, что хотя у системы в принципе есть универсальная вычислительная способность, для разработки коммерчески привлекательного полностью электронного компьютерного устройства, основанного на эффекте доменного взаимодействия, потребуется больше времени.

«Эти исследования также заставляют нас заново продумывать роль поверхностных и электрохимических явлений в ферроэлектриках, поскольку доменные взаимодействия непосредственно связаны с поведением поверхностных зарядов, высвобождаемых в ходе электрохимической реакции, объединенной с процессом переключения», заключил Калинин.

19.11.2013