當今的許多電子設備都依賴于硬接線開關的半導體邏輯電路，從而執行預定義的邏輯功能。而如今，新加坡國立大學物理學家與一國際研究團隊開發的新型分子憶阻器或電子存儲設備，可以使得設備具有出色的記憶可重構性。
可重構性設備可加強半導體電路計算能力與速度
與硬連線標准電路不同，分子裝置可以使用電壓重新配置以嵌入不同的計算任務。這種能夠增強計算能力和速度的節能新技術有可能用于邊緣計算以及電力資源有限的手持設備和應用程序。
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領導這項研究的新加坡國立大學物理系副教授阿裏安多接受采訪時表示“這項工作是我們尋求設計低能耗計算的重大突破。這項設計在單個元素中使用多個開關的想法從大腦的工作方式中汲取靈感，並從根本上重新構想了邏輯電路的設計策略。”
Faculty of science 圖源：NUS faculty of science web
腦啓發技術
“這一新發現有助于邊緣計算的發展，作爲一種複雜的內存計算方法來克服馮諾依曼瓶頸。同時，由于內存存儲與設備處理器的物理分離，在許多數字技術中會出現計算處理延遲，”阿裏安多副教授說。
新的分子裝置還有可能有助于設計具有增強計算能力和速度的下一代處理芯片。
該項目的首席研究員、新加坡國立大學物理系博士 Sreetosh Goswami 說 “該芯片可以適應類似于人腦連接水平的靈活性和適應性，從而使我們的存儲設備可以通過簡單地改變施加的電壓，來針對不同的計算任務即時重新配置。此外，就像神經細胞如何存儲記憶一樣，同一設備還可以保留信息以備將來檢索和處理。”
Dr. Goswami 圖源：NUS Web
研究團隊成員 Sreebrata Goswami 博士是新加坡國立大學的高級研究科學家，曾任印度科學培育協會的教授。他概念化並設計了一個屬于苯基偶氮吡啶化學家族的分子系統，而該系統中，具有一個中心金屬的原子被他稱爲配體有機分子。
Sreebrata Goswami 博士解釋說 “這些分子就像電子海綿，可以提供多達六種電子轉移，從而産生五種不同的分子狀態。這些狀態之間的互連性是設備可重構性背後的關鍵。”
Sreetosh Goswami 博士創建了一個微型電路，該電路由夾在頂層金和底層金作爲基礎，注入了納米圓盤和氧化铟錫之間的 40 納米分子膜層。在向設備施加負電壓時，他觀察到了前所未有的電流-電壓曲線。與僅在一個固定電壓下開啓和關閉的傳統金屬氧化物憶阻器不同，這些有機分子器件可以在幾個離散的連續電壓下在開關狀態之間切換。
分子級下的設備結構 圖源：Sreetosh Goswami Web
該研究使用被稱爲拉曼光譜的成像技術，從而觀察到有機分子振動運動中的光譜特征，來解釋多重躍遷。Sreebrata Goswami 博士解釋說：“掃描負電壓會觸發分子上的配體進行一系列還原或電子獲取，從而導致分子在關閉和開啓狀態之間轉換。” 與使用基于物理學的基本方法的傳統方法相比，研究人員使用帶有“if-then-else”語句的決策樹算法來描述分子的行爲，該算法用于多種計算機程序的編碼，尤其是數字遊戲、方程等等。
節能設備的新可能性
在他們的研究的基礎上，該團隊使用分子存儲設備爲不同的運作模式計算任務運行程序。而該分子儲存設備作爲概念證明，使得團隊證明他們的技術可以在一個步驟中執行複雜的計算，並且可以重新編程，以在下一瞬間執行另一項任務。
Dr Ariando 圖源：NUS Web
同時，Ariando副教授也表示 “單個分子存儲設備可以執行與數千個晶體管相同的計算功能，使該技術成爲更強大、更節能的存儲選擇。” 而該技術可能首先用于手持設備，如手機和傳感器，以及其他功率有限的應用，從而再進行下一步的推廣。
原子級材料 圖源：NUS Web
與此同時，該團隊正在構建結合其創新的新電子設備，並與合作者進行與現有技術相關的模擬和基准測試。
