Các nhà vật lý tạo ra một thiết bị có thể “quên đi ký ức”

Bộ não là cỗ máy tính toán tối thượng, vì vậy không có gì lạ khi các nhà nghiên cứu muốn thử và mô phỏng nó. Trong nghiên cứu mới nhất đã thực hiện một bước hấp dẫn đó là tạo ra một thiết bị có khả năng "quên" ký ức, giống như bộ não của con người.

Nó được gọi là “điện trở nhớ bậc hai” được thiết kế bắt chước một khớp thần kinh của con người theo cách nó ghi nhớ thông tin, sau đó mất dần thông tin đó nếu nó không được truy cập trong một khoảng thời gian dài.

Mặc dù “điện trở nhớ” không có nhiều ứng dụng thực tế ngay nhưng nó có thể giúp các nhà khoa học phát triển một loại máy tính mới là nền tảng của hệ thống trí tuệ nhân tạo đáp ứng một số chức năng tương tự mà não bộ thực hiện.

Trong cái gọi là máy tính thần kinh tương tự, các thành phần trên chip (như bộ nhớ) có thể đảm nhận vai trò của từng nơ-ron thần kinh và các khớp thần kinh. Điều đó có thể làm giảm nhu cầu năng lượng của máy tính và tăng tốc tính toán cùng một lúc.

Ngay bây giờ máy tính thần kinh tương tự là giả thuyết, bởi vì chúng ta cần tìm hiểu làm thế nào các thiết bị điện tử có thể bắt chước tính dẻo synap - cách mà bộ não hoạt động đồng bộ hóa mạnh mẽ theo thời gian và những người không hoạt động trở nên yếu hơn. Đó là lý do tại sao chúng ta có thể bám vào một số ký ức trong khi những thứ khác biến mất, các nhà khoa học cho biết.

Những nỗ lực trước đây để sản xuất các “điện trở nhớ” đã sử dụng các cây cầu dẫn nano, sau đó sẽ phân rã theo thời gian, giống như cách mà ký ức có thể phân rã trong tâm trí chúng ta.

"Vấn đề với giải pháp “điện trở nhớ” này là thiết bị có xu hướng thay đổi hành vi theo thời gian và bị hỏng sau khi hoạt động kéo dài. Cơ chế chúng tôi sử dụng để thực hiện tính dẻo synap mạnh hơn. Trên thực tế, sau khi chuyển trạng thái của hệ thống 100 tỷ lần, nó vẫn hoạt động bình thường, vì vậy các đồng nghiệp của tôi đã dừng thử nghiệm độ bền”, nhà vật lý Anastasia Chouprik, từ Viện Vật lý và Công nghệ Moscow (MIPT) ở Nga nói.

Trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng vật liệu gọi là hafnium oxit thay cho ống nano, với sự phân cực điện thay đổi để đáp ứng với điện trường bên ngoài. Nó có nghĩa là trạng thái điện trở thấp và cao có thể được thiết lập bằng các xung điện.

Điều làm cho hafnium oxit trở nên lý tưởng cho việc này là nó đã được sử dụng để chế tạo vi mạch bởi các công ty như Intel. Điều đó có nghĩa là sẽ dễ dàng hơn và rẻ hơn để giới thiệu các “điện trở nhớ” khi đến thời điểm cho một máy tính thần kinh tương tự.

Chouprik nói: "Thách thức chính mà chúng tôi gặp phải là tìm ra độ dày lớp sắt điện phù hợp. 4 nanomet được chứng minh là lý tưởng. Làm cho nó chỉ mỏng hơn 1 nanomet, và các tính chất sắt điện không còn nữa, trong khi một lớp màng dày hơn quá rộng là rào cản cho các electron xuyên qua. “Sự lãng quên" thực tế được thực hiện thông qua sự không hoàn hảo làm cho các bộ vi xử lý dựa trên hafnium khó phát triển. Những khiếm khuyết tương tự cho phép độ dẫn của “điện trở nhớ” chết dần theo thời gian. Đó là một khởi đầu đầy hứa hẹn, nhưng vẫn còn một chặng đường dài vì những tế bào bộ nhớ này vẫn cần được làm cho đáng tin cậy hơn”.

Nhóm nghiên cứu cũng muốn điều tra làm thế nào thiết bị mới của họ có thể được tích hợp vào thiết bị điện tử linh hoạt nhất.

"Chúng tôi sẽ xem xét sự tương tác giữa các cơ chế khác nhau chuyển đổi sự kháng cự trong bộ nhớ. Hóa ra hiệu ứng sắt điện có thể không phải là yếu tố duy nhất liên quan. Để cải thiện hơn nữa các thiết bị, chúng tôi sẽ cần phân biệt giữa các cơ chế và học cách kết hợp chúng”, nhà vật lý Vitalii Mikheev, từ MIPT nhấn mạnh.