Известно, что основой всех электронных устройств, начиная от "умных" часов и заканчивая модулями суперкомпьютеров, являются компоненты, такие, как процессоры и память, реализованные в виде полупроводниковых чипов. Эти чипы, в свою очередь, состоят из транзисторов, расположенных в нужном порядке на поверхности кремниевой подложки. Такие устройства уже сейчас являются очень маленькими и их дальнейшая миниатюризация затрудняется необычным поведением материи на уровне, приближающемся к квантовым пределам. В связи с этим ученые и инженеры постоянно ищут новые материалы и разрабатывают технологии, способные выполнять как логические операции, так и функции хранения информации.
Не так давно ученые из Токийского университета и японского исследовательского института RIKEN создали новое устройство, способное выполнять базовые логические и арифметические операции. Но самым интересным является то, что это устройство имеет химическую природу, оно использует в своих интересах электрические поля, а управление его работой осуществляется при помощи ультрафиолетового света. Все это вместе открывает новые возможности для создания малопотребляющих, высокоэффективных устройств, обладающих достаточно высокой вычислительной мощностью.
Химическая природа нового вычислительного устройства обеспечивает не только выгоду в количестве используемой устройством энергии, это означает, что такие устройства могут быть изготовлены в больших количествах и достаточно дешево при помощи простых методов химического синтеза.
Основой химического вычислительного устройства является диск, на поверхности которого находятся специальные молекулы, способные собираться и приобретать формы, похожие на форму спиральной лестницы. Эти молекулы называются колонными жидкими кристаллами (columnar liquid crystals, CLC). Изменения окружающей среды, вызываемые воздействием электрических полей и света, заставляют CLC-молекулы формировать при росте различные формы. "Это является одной из первых реализаций так называемой программируемой химии" - пишут исследователи.
Для выполнения вычислительных функций образцы CLC-молекул помещаются между двумя стеклянными пластинами с включенными в них электродами. Параллельно с этим молекулы освещаются поляризованным ультрафиолетовым светом, модулированным определенной частотой. Когда на среду, в которой находятся CLC-молекулы, начинает действовать электрическое поле и свет, молекулы выстраиваются в линии, блокируя прохождение света. Уровень прошедшего света регистрируется датчиком и его значение можно интерпретировать как логическую 1 или 0.
Если рассматривать подаваемые на устройство сигналы, электрический и оптический, как входные, то устройство может эффективно выполнять логическую функцию, такую, как функция И в случае опытного образца устройства. "Функция И является только одной из набора базовых логических функций. Но самое важное значение для вычислительных технологий имеют более сложные функции, такие, как И-НЕ" - пишут исследователи, - "Построение более сложных функций будет темой нашей дальнейшей работы, кроме этого, мы постараемся увеличить плотность и скорость работы CLC-молекул, делая их использование более практичным".
