Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 162
Текст из файла (страница 162)
Это далеко не полный перечень сред. Число известных синтезированных органических веществ превысило пять миллионов. 7.1.3. Другие элементы приборов Динамическими неоднородностями типа электронов и солитонов можно управлять. В молекулярной системе, а которой двойная связь является частью большой полиацетиленовой цепочкой, под воздействием поляризованной фотоактивации включается процесс переноса электронов (рис. 7.7].
При прохождении солитона (см. нижнюю цепочку) фотоактивационный процесс становится невозможным. Рис, 7.7. Молекулярный детектор солитонов Другими словами, солитон включает реакцию внутреннего переноса заряда, а изменении в спектре поглощения олефина может служить детектором, регистрирующим прохождение солитона. т" енерация солитонов осуществляется в процессе протонного туннелировання, например, между вторичным анином н кетонной труппой трансполиацетнлена в присутствии электрического поля. Итак, показана возможность генерации, управления и детектирования солитонов. Солитон, являясь динамической неоднородностью, способен переносить информацию; с его помошью можно н хранить информацию. 7.2. Молекулярные устройства Хранение бита информации в солитонной памяти определяется наличием или отсутствием солитона, а число хранимых битов зависит от скорости распространения солитона и Часть йб Функциональная электроника т54 длины сопряженного полимера (рис. 7.8).
Сопряженный полимер связывает генератор солитонов (ГС) н электронный туннельный переключатель (ТП). Показана возможност~ накопления четырех битов информации. При одновременном прибытии положительного и отрицательного солнтонов срабатывает туннельный переключатель. Солитонные уст. ройства памяти не имеют высоко~о быстродействия, однако, отличаются высокой плот ностью хранения информации, Оценки показывают, что если расстояние между солито. нами составляет — 200 А, а расстояние между центрами цепочек - 50 А, то информацион.
ц 3 ная емкость оливка к — 10 бит!см . Рис. т.в. Схема устройства памяти, реализованная на солитонвх В устройствах памяти могут быть использованы и пленки Ленгмюра — Блоджетт. Каждая молекулярная система имеет свою частоту поглощения. Запись информации осуществляется избирательно в ансамбль молекул трехмерной молекулярной пленки с помощью лазерного излучения определенной частоты. Считывание информации осуществляется за счет обратных физических явлений. Использование свойств молекулярных структур позволяет созлать трехмерные запоминающие устройства высокой информационной емкости. Существуют различные идеи построения молекулярных компьютеров.
Их микросборка, например, может быть осуществлена химическим осаждением из газовой фазы, Последовательность химических превращений при создании молекулярной вычислительной машины рассчитывается по заданному алгоритму. В итоге к базовой молекуле добавляются все новые и новые звенья, формируются проводники, изоляторы, вентили, компоненты вычислительных устройств. Так, например, размер молекулярного вентиля может быть меньше одной сотой микрометра, а плотность сборки может достичь ) 0 ' вентилей/ем'. з Процессор и память гипотетического молекулярного компьютера занимают объем - 1 см и монтируются на криостате, который предотвращает нагрев контактов и снижает химическую активность молекул. для уменыпения количества межсоеднненнй предусматривается использование оптических каналов для ввода-вывода информации. Обработка информационных массивов молекулярными системами имеет ряд особенностей, среди которых важнейшими являются: Ы гигантский параллелизм переработки информации; 'ьз высокая эффективность преобразования информации; С) значительная информационная сложность исходных операций; С) способность к изменчивости и эволюции молекулярных компонентов устройств пере работки информации н эволюционному обучению (самообучению) устройств; С) линамические механизмы переработки информации, основанные на сложных нели- нейных процессах.
7. Функциональная молекулярная электроника Другим примером высокой производительности может служить процессор, реализованный на пленках Ленгмюра — Блоджетт. На таких пленках можно создать молекулярные системы с высокой степенью параллелизма обработки информации и больпюй вычислительной мощностью. В качестве примера приведем идею сложения двух образов, проецируемых на искусственную мембрану типа ленгмюровской пленки со встроенными лколекулами фотоактивируемого фермента (динамические неоднородности). В этом случае выходной сигнал, представляющий собой концентрацию продукта ферменто-активной реакции, будет пропорционален сумме оптических сигналов на входе системы, Оценки показывают, что при поверхности пленки - 1 см и при разрешающей способности 10 мкм число ячеек составит 1О .
Каждая ячейка будет содержать — 10 + 10 молекул фермента при 1% заполнении поверхности. Если оценить время операции в одной ячейке даже — 1О' с, то, учитывая высокую степень параллелизма обработки информации (- 10 ), о эффективное время одной операции составит - 10 с. Другими словами, обработка больших информационных массивов методами ФЭ позволяет предельно распараллеливать информацию в процессе ее обработки. Современные компьютеры не имеют такой производительности при обработке больших массивов информации. 7.3. Автоволновая электроника Особое место в молекулярной электронике занимают перспективные идеи автоволновой электроники.
В автоволиовой электронике изучаются процессы, происходящие в неравновесных открытых кинетических системах, которые проявляются в виде разнообразных нелинейных автоволн, стационарных пространственных структур, стратов, доменов и других типов динамических неоднородностей. Наибольший, пожалуй, интерес представляют собой автоволны — класс нелинейных волн, распространяющихся в активных континуальных средах за счет запасенной энергии. Следует особо подчеркнуть, что автоволны распространяются в средах, в каждом локальном объеме которых осуществляется независимая накачка энергии (равно как и вещества) н имеется диссипативный сток для отработанных "продуктов" накачки )рис.
7.9). в) б) а) Рис. 7.В. Типы автовопновых процессов: 1 — плоский волновой фронт огибает препятствие, 2 — спиРальные волны; а — двумерная среда, б — вращающийся свиток, в — вихревое облако В качестве континуальных сред в устройствах автоволновой электроники используются активные распределенные среды, в которых возможна реализация большого числа само- Часть!ьт. Функциональная электроника задерживающихся нелинейных пространственно-временных возбуждений.
К таким сре. дам можно отнести биологические активные мембраны, мышечные волокна, нейронные сети, распределенные биохимические среды, а также некоторые сообщества живых организмов. 1 енератором динамических неоднородностей автоволновой природы являются: импульсы внешней накачки, различные флуктуации.
Лвтоволны способны аннигилировать при столкновении двух встречных волновых фронтов, не отражаются от препятствий и границ среды, однако дифрагируют на препятствиях в соответствии с принципом Гюйгенса. Различают плоские и спиральные волны (рис. 7,9) управление автоволновыми процессами может осуществляться с помощью тепловых полей, локальным энергетическим воздействием, введением дополнительной массы ве. щества.
Лвтоволновые среды обладают свойством ассоциативной памяти. Это обуиювлеио рядом причин, среди которых важной является отсутствие локальной пространственной адресации записываемой информации. Лдресация и считывание возможны только по содержанию информации, по характерным признакам. Лвтоволповые среды способны регистрировать предысторию своего функционирования путем накопления определенных качеств или свойств в материале. Такие среды обладают распределенной памятью и способны к обучению под воздействием внешних условий.
Реализация памяти с использованием автоволновых процессов происходит по следующей схеме. В сосуде 7 находится вещество 2 и его расплав 3 )рис. 7.10). В режиме записи (рис. 7.10, а) опорный источник создает однородный поток тегща. Возникший градиент Нт температуры — возбуждает в диссипативной автоволновой среде конвективные ячейки.
ск Если на опорную матрицу воздействовать тепловым сигналом от источника В, то произойдет перестройка потоков, адекватная информационному воздействию потока В. Возникнет структура, описывающая поверхность пзотермы плавления а Ь. Эта структура характеризует структуру конвективных потоков, интенсивности тепловых выбросов и т. д.
Другими словами, можно изготовить копии рельефа в виде и Ь. Таким образом реализуется память. Рис. 7ЛО. Схема ассоциативной памяти в — запись, б — воспроизведение стпухтуры Лссоциативное восстановление можно провести по схеме рис. 7.10, б. условия неравно весности создаются источникам А, а дополнительным организующим фактором являстс ся 7. Функциональная молекулярная электроника 757 структура рельефа а Ь. Достижение комш!ементарного соответствия вложений а Ь и а Ь является актом распознавания образа. Этот метод имеет некоторое схолство с волновой голографией, а именно — реализуется в опорную упорядоченность в условиях самоорганизации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
