一項最新研究利用復雜的氧化物，打造出了與神經元和突觸相似的元件。

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雖然電腦的計算速度比人腦快，但在物體識別任務等方面，人腦還是更勝一籌。除此之外，人腦耗費的能量也遠低于電腦。大腦的運作方式可以在一定程度上解釋以上優勢：計算機使用二進制值運作，而腦細胞則能使用更加多樣化的模擬信號。

電腦可以模擬大腦的運作方式，但其基本架構仍然依賴于二進制系統。這也解釋了為何科學家總試圖研發出更接近人腦但又能與普通電腦交互的硬件。“一個想法是制造具有中間狀態的磁性比特。”格羅寧根大學的功能材料自旋電子學教授Tamalika Banerjee說。她的研究方向是自旋電子學，即利用電子的自旋磁性傳輸、操縱和存儲信息。

近日，Banerjee教授及其團隊使用一種復雜的氧化物，利用電子的自旋(一種磁性特性)創造出了與人腦中的神經元和突觸類似的元件。在這項新研究中，博士生Anouk Goossens培育了一種在鈦酸鍶氧化物基底上生長的鐵磁性金屬(SRO)薄膜。該薄膜包含垂直于平面的磁疇。Goossens解釋:“垂直磁疇的轉換效率比平面內磁疇更高。”通過調整生長條件，人們可以控制SRO中的晶體取向。

我們可以利用SRO頂部的鉑電極通過電流來切換磁疇。“當磁疇完全垂直于薄膜時，這種開關是確定性的：整個磁疇將會切換。”Goossens說。然而，當磁疇輕微傾斜時，響應將是概率性的：并非所有的疇都相同，只有當疇內的部分晶體發生切換時才會出現中間值。

通過選擇不同的SRO培育襯底，科學家可以控制其磁各向異性(magnetic anisotropy)。由此，他們可以制造兩種不同的自旋電子裝置。“這種磁各向異性正是我們想要的。與神經元的功能相比，概率開關更像是神經元的功能，而確定性開關更像是突觸。”Goossens說。

科學家們預計，在未來，通過將這些不同的領域融入同一自旋電子設備，并將其連接到標準的硅基電路中，可以創造出類似大腦的計算機硬件。此外，概率交換也允許進行隨機計算，這是一種極具前景的技術，它通過隨機比特流表示連續值。Banerjee 說:“我們已經找到了一種控制中間狀態的方法，不僅可用于存儲，也可用于計算。”

(部分圖片來源于網絡)

◎編譯 | 橘子

◎審稿 | 西莫

◎責編 | 陳之涵

◎期刊來源 | 《納米技術前沿》

◎期刊編號| 2673-3013

◎原文鏈接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210518114141.htm

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總結

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