Хаотический компьютер: и такое возможно
Неожиданное поведение ферроэлектрических материалов, обнаруженное физиками Окриджской национальной лаборатории, напоминает процессы в человеческом мозгу и может привести к появлению нового подхода к хранению и обработке компьютерной информации. Статью об этом ученые опубликовали в журнале Nature Physics.
Ферроэлектрические материалы известны способностью переключать свою поляризацию при воздействии внешнего электрического поля. Это переключение происходит благодаря доменам – областям, где атомы железа ориентированы одинаково. Для изучения происходящих здесь процессов исследователи воспользовались сканирующим зондовым микроскопом, который, как известно, способен не только видеть микрорельефы поверхности, но и при желании менять их. В том числе – и создавать такие домены. Рисуя их на поверхности ферроэлектрических материалов, ученые с удивлением обнаружили, что в местах плотного скопления домены, вместо того чтобы располагаться в хаотическом беспорядке, стали образовывать сложные узоры.
«Когда мы уменьшали расстояния между доменами, мы начинали наблюдать вещи, совершенно невозможные, – говорит один из авторов статьи Антон Лебедев. – Если мы пытались сформировать домен, он не формировался, а если формировался, то совсем не там, где следовало, перепрыгивал, образно говоря, на другую клетку шахматной доски».
После долгого и углубленного изучения всех этих странностей ответ был найден. Он пришел из теории хаоса. «Одной из предпосылок хаотического поведения доменов, – говорит Сергей Калинин, руководитель исследования, – является условие, при котором существующий домен будет сопротивляться формированию домена по соседству и одновременно способствовать его формированию вдали от себя». То есть хаос может на миг создавать структуры вовсе не хаотические.
Больше того, ученые выяснили, что ключевые характеристики такой системы «взаимодействия» доменов – те же самые, что необходимы при создании компьютерной памяти. По их словам, увиденное имеет ту же физическую основу, что и процессы, протекающие в мозгу, где нейроны и связующие их синапсы хранят и обрабатывают информацию в одном и том же месте. Как это ни парадоксально звучит, исследователи полагают, что доменный хаос можно отличнейшим образом заставить работать в компьютерах будущего. В таких фантастических машинах информация будет закодирована внутри доменов, а все логические операции будут осуществляться за счет «хаотического» взаимодействия между ними на поверхности ферроэлектрического материала.