بازتولید مصنوعی عملکرد‌های یادگیری و فراموشی مغز

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از ستاد فناوری نانو، یک تیم تحقیقات بین‌المللی، شبیه‌سازی سیناپس‌های مصنوعی را با استفاده از دستگاه‌های جدید مواد پیشرفته بررسی کرده است. تا به حال، اکثر سیستم‌هایی که برای این منظور استفاده می‌شدند، در نهایت توسط جریان‌های الکتریکی کنترل شده‌اند که اتلاف انرژی قابل توجهی از طریق اتلاف گرما را با خود به همراه داشته است. در این پروژه، پیشنهاد محققان استفاده از مغناطیسی یونیک، کنترل غیرفرار خواص مغناطیسی مواد با مهاجرت یونی مبتنی بر ولتاژ بود، که مصرف برق را به شدت کاهش می‌دهد و ذخیره‌سازی داده‌ها را با انرژی کارآمد می‌کند.

اگرچه اتلاف گرما با اثرات مهاجرت یون کاهش می‌یابد، حرکت مغناطیسی یونی اکسیژن در دمای اتاق معمولا برای کاربرد‌های صنعتی آهسته است و برای تغییر حالت مغناطیسی چندین ثانیه یا حتی چند دقیقه طول می‌کشد. برای حل این مشکل، این تیم استفاده از موادی را بررسی کردند که ساختار بلوری آن‌ها قبلاً حاوی یون‌هایی بود. چنین اهداف مغناطیسی یونی می‌توانند تغییرات کاملاً برگشت‌پذیر از حالت غیر فرومغناطیسی (خاموش خاموش) به حالت فرومغناطیسی (روشن روشن) و بالعکس را فقط با حرکت اکسیژن مبتنی بر ولتاژ از هدف به سمت یک مخزن متحمل شوند.

اکسید‌های کبالت با توجه به ساختار بلوری آن‌ها، مواد انتخابی برای ساخت فیلم‌ها با ضخامت ۵ تا ۲۳۰ نانومتر بودند. محققان نقش ضخامت بر رفتار مغناطیسی یونی حاصل را بررسی کردند و نشان دادند که هر چه لایه‌ها نازک‌تر باشند، تولید مغناطیسی سریع‌تر انجام می‌شود.

طیف جذب پرتو ایکس (XAS) نمونه‌ها توسط ALBA Synchrotron انجام شد. XAS برای مشخص کردن، در دمای اتاق، ترکیب عنصری و حالت اکسیداسیون لایه‌های اکسید کبالت، که برای نازک‌ترین و ضخیم‌ترین لایه‌ها متفاوت بود، استفاده شد. این یافته‌ها برای درک تفاوت در حرکت مغناطیسی یونی اکسیژن بین فیلم‌ها بسیار مهم بود.

از آنجایی که سرعت‌های عملیاتی به دست آمده در این کار مشابه سرعت‌های مورد استفاده برای محاسبات نورومورفیک بود، نازک‌ترین فیلم‌های اکسید کبالت بیشتر مورد بررسی قرار گرفتند. به طور خاص، اثرات مربوط به یادگیری قابلیت‌های نورومورفیک القا شد و نتایج شواهدی را ارائه کردند که سیستم‌های مغناطیسی یونی می‌توانند عملکرد‌های “یادگیری” و “فراموش کردن” را تقلید کنند.

علاوه بر محاسبات نورومورفیک، کاربرد‌های عملی دیگری مانند حافظه‌های مغناطیسی و اسپینترونیک از نتایج این مطالعه بهره‌مند خواهند شد. ترکیب حافظه‌های مغناطیسی با مغناطیسی یونیک‌های کارآمد می‌تواند راهی ممکن برای کاهش انرژی مصرف عملیاتی نسل بعدی ادوات ذخیره‌سازی داده باشد، در حالی که مکانیسم‌های مغناطیسی یونی برای کنترل لایه‌های ضد فرومغناطیسی در حال حاضر نامزد‌های امیدوارکننده‌ای برای توسعه دستگاه‌های اسپینترونیک هستند.