Theorieën voorspellen 2D nanofluïdische kanalen die niet-lineaire geleidingsfunctie vertonen als geheugeneffecttransistoren

Simulatie en modellering van een 2D-elektrolyt. Credit: Wetenschap (2021). DOI: 10.1126/science.abf7923

Een team van onderzoekers van de Sorbonne Université heeft een manier ontwikkeld om 2D-nanofluïdische kanalen te laten zien die niet-lineaire geleidingsfuncties uitvoeren als geheugeneffecttransistoren, met behulp van theorie en simulaties. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap, beschrijft de groep hun werk met waterige elektrolyten opgesloten in een tweedimensionale opening tussen grafietlagen en wat ze ervan hebben geleerd. Yaqi Hou en Xu Hou van Xiamen University hebben een Perspective-stuk gepubliceerd in hetzelfde tijdschriftnummer waarin het werk wordt geschetst dat betrokken is bij het repliceren van de manieren waarop neuronen communiceren met behulp van ionische en neurotransmittergeleiding, en het werk dat door het team in Frankrijk is gedaan.

Zoals Hou en Hou opmerken, communiceren computercomponenten met elkaar via elektrische geleiding, een systeem dat leidt tot intensief energieverbruik in grote systemen. Ze merken ook op dat computerwetenschappers bij het zoeken naar een efficiëntere aanpak de manieren hebben bestudeerd waarop biologische systemen communiceren – met name neuronen in het menselijk brein. Daarbij hebben ze opgemerkt dat deze communicatie gebaseerd is op ionen en chemicaliën die door waterige oplossingen bewegen. Daartoe is door verschillende groepen enig werk gedaan om uit te zoeken of computers soortgelijke channeling-systemen zouden kunnen gebruiken. In deze nieuwe poging ontwikkelden de onderzoekers theorieën over hoe dergelijke kanalen zouden kunnen werken in een 2D-systeem dat is opgesloten tussen twee vlakken – in hun geval lagen grafiet – en voerden vervolgens simulaties uit om aan te tonen dat hun aanpak zou kunnen werken in een echt computersysteem.

De onderzoekers merken op dat vooruitgang in nanovloeistoffen het mogelijk heeft gemaakt om waterige oplossingen te creëren die zijn gemaakt van enkele lagen moleculen. Dergelijke elektrolyten, merken ze op, hebben gesuggereerd dat ze kunnen worden gebruikt als middel voor ionentransport, vergelijkbaar met wat wordt gezien in menselijke neurologische netwerken. Om zo’n systeem te creëren, ontwikkelden de onderzoekers verschillende theorieën om het gedrag en de effecten van een dergelijk scenario in een goed gedefinieerd systeem te voorspellen; waterige elektrolyten die informatie transporteren door kleine, 2D-spleten in grafietlagen wanneer ze worden blootgesteld aan een elektrisch veld. Daarbij ontdekten ze dat als het op een bepaalde manier werd gedaan, de ionen zich zouden vormen tot clusters die hysteretische geleiding vertonen, een indicatie dat het systeem zou kunnen worden gebruikt om een ​​kunstmatig neuron te creëren. De onderzoekers maakten vervolgens een simulatie van hun ideeën om hun haalbaarheid aan te tonen.