铁电学的新研究为神经形态计算提供了多值逻辑的路线图

周三发表在《自然科学报告》上的研究报告列出了使用铁电材料通过多值逻辑处理信息的理论图-超越了构成我们当前计算系统的简单的零和零，可以使我们更有效地处理信息。计算机的语言仅用两个符号表示-一和零，表示是或否。但是，如果我们可以扩展到三个或更多个值，那么一个更丰富的可能性等待着我们，以便同一物理交换机可以编码更多的信息。

“最重要的是，这种新颖的逻辑单元不仅可以使用”是”和”否”，而且还可以使用”是或不是”或”也许”操作来进行信息处理，”材料科学家和杰出研究员Valerii Vinokur说。能源部的阿贡实验室和该论文的相应作者，以及里尔科技大学的Laurent Baudry和Picardie Jules Verne大学的Igor Lukyanchuk。

这就是我们大脑运作的方式，它们的效率比我们曾经设法制造出的最好的计算机要高出一百万倍，而所消耗的能源却要少几个数量级。

Vinokur说：“我们的大脑处理了更多的信息，但是如果像我们当前的计算机那样构造突触，大脑不仅会沸腾，还会从它们消耗的能量中蒸发掉。”

尽管人们早就知道这种称为多值逻辑的计算的优点，但问题是我们还没有发现可以实现它的材料系统。目前，晶体管只能在“开”或“关”状态下工作，因此，该新系统必须找到一种新的方法来始终保持更多状态，并且易于读取和写入，并且理想情况下可以在室内工作温度。

因此Vinokur及其团队对铁电体感​​兴趣，铁电体是一类可以通过电场控制其极化的材料。当极化改变时，铁电体会物理地改变形状，因此它们在传感器和其他设备(例如医疗超声机)中非常有用。科学家对利用这些属性来存储计算机内存和其他应用程序非常感兴趣。但其行为背后的理论仍在不断涌现。

这就是我们大脑运作的方式，它们的效率比我们曾经设法制造出的最好的计算机要高出一百万倍，而所消耗的能源却要少几个数量级。

新论文提出了一种配方，通过该配方我们可以利用特定种类的铁电材料称为钙钛矿的非常薄的薄膜的特性。

根据计算，钙钛矿膜可以保持两个，三个甚至四个在能量上稳定的极化位置-“因此它们可以'点击'到位，从而为编码信息提供一个稳定的平台，” Vinokur说。

Vinokur说，研究小组计算出了这些稳定的构型以及如何利用电场操纵极化以在稳定位置之间移动极化。

Vinokur说：“当我们在设备中意识到这一点时，它将极大地提高存储单元和处理器的效率。” “这为实现所谓的神经形态计算迈出了重要的一步，该过程致力于为人脑建模。”

Vinokur说，该团队正在与实验人员合作，运用这些原理来创建一个工作系统。

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