Remplacer le silicium par des molécules qui changent de forme

Les chercheurs montrent des dispositifs moléculaires qui alternent entre les rôles de mémoire, de logique et de synapse, permettant ainsi le calcul neuromorphique adaptatif directement dans les matériaux électroniques.





Alors que les systèmes informatiques repoussent les limites du silicium, les chercheurs recherchent des matériaux capables de faire plus que simplement stocker et traiter des données.L’électronique moléculaire promettait autrefois des appareils ultra compacts, mais le comportement moléculaire réel s’est avéré imprévisible.En parallèle, l’informatique neuromorphique vise à créer du matériel capable d’apprendre et de s’adapter comme le cerveau.Pourtant, la plupart des plateformes existantes reposent sur des matériaux rigides qui imitent uniquement l’apprentissage à travers des circuits complexes.


Pour combler cette lacune, des chercheurs de l’Institut indien des sciences ont démontré une nouvelle façon d’encoder l’intelligence adaptative directement dans la matière moléculaire.Dirigée par Sreetosh Goswami du Centre de nanoscience et d'ingénierie, l'équipe a développé des dispositifs moléculaires dont la fonction peut être modifiée à la demande.Un seul appareil peut faire office de mémoire, de logique, de processeur analogique, de sélecteur ou de synapse électronique, selon la manière dont il est stimulé.

L'adaptabilité vient de la conception chimique.Les chercheurs ont synthétisé 17 complexes moléculaires à base de ruthénium et ont montré que de minuscules changements dans la structure moléculaire et dans les ions environnants influencent fortement la façon dont les électrons se déplacent.En ajustant cette chimie, le même appareil peut basculer entre un comportement numérique et analogique sur une large gamme d’états de conductance.

Pour expliquer ce comportement, l’équipe a développé un cadre théorique combinant chimie quantique et physique du corps.Le modèle capture comment le transport des électrons, l’oxydation et la réduction moléculaires ainsi que le réarrangement des ions déterminent ensemble la dynamique et la stabilité de la commutation.Cela permet de prédire le fonctionnement du dispositif à partir de la structure moléculaire.L’approche combine mémoire et calcul au sein du même matériau, ouvrant ainsi la voie vers un matériel neuromorphique où l’apprentissage est intégré à la matière elle-même.


Les principales caractéristiques de la recherche comprennent :

Dispositifs moléculaires chimiquement conçus avec un comportement adaptatif
Plusieurs fonctions codées dans un seul appareil
Mémoire et calcul unifiés dans le même matériau
Théorie prédictive reliant la structure moléculaire à la fonction
Sreebrata Goswami, scientifique invité au CeNSE et co-auteur de l'étude qui a dirigé la conception chimique, déclare : "Il est rare de voir une adaptabilité à ce niveau dans les matériaux électroniques. Ici, la conception chimique rencontre le calcul, non pas comme une analogie, mais comme un principe de fonctionnement."