十億分之一秒變換 類腦超級電腦高效又節能

現今的超級電腦消耗了大量的能源，相當於數千個家庭的用電量。對此，研究人員試圖利用神經網路，開發下一代類腦超級電腦。這種模仿可以透過某些材料中所發生的帶電密度波來實現。

編譯／高晟鈞

阿貢國家實驗室的研究人員正試著利用材料中的電荷密度波（一種模仿大腦神經元的技術），來推進更節能的超級電腦運算。透過超快電子顯微鏡，研究人員得以捕捉電子脈衝過程中，材料在奈秒內的變化，為開發更節能的電子產品打下量好基礎。

揭示電荷密度波

現今的超級電腦消耗了大量的能源，相當於數千個家庭的用電量。對此，研究人員試圖利用神經網路，開發下一代類腦超級電腦。這種模仿可以透過某些材料中所發生的帶電密度波（Charge density wave）來實現。

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電荷密度波又稱帶電密度波，常出現於低維度材料（一二維奈米材料），材料內的電子，會形成週期性的駐波圖案。電荷密度波會增加材料中電子運動的阻力，利用這項特性，科學家得以控制電阻的快速開啟和關閉，並進行更節能的運算和更精確的感測。

這項技術在節能微電子領域有著廣泛的應用前景；然而，由於這種變換發生在十億分之一秒內，目前尚不清楚切換的過程是如何發生的。

顯微鏡技術的進步

了解電荷密度波的基本機制對於應用於其他材料來說非常重要。研究團隊使用兩塊帶有電極的硫化物薄片，產生奈秒電脈衝，並透過超高速光學顯微鏡來觀察二硫化鉭晶體（已知會在室溫下形成電荷密度波的一種二維材料）當中的奈米動力學。

他們在奈秒脈衝期間，觀察到了兩種特殊的電荷密度波現象。首先，電荷密度波會因注入電流本身產生的熱量，而發生類似「融化」的現象，模仿了大腦神經元被激活的反應。其次，電脈衝還會在材料上引起振動，擾亂波的排列，產生類似神經元發射信號的反應。

這項研究展示了一種新的顯微鏡技術，幫助人們觀察維電子材料如何在奈秒時間和奈米長度下運動。這項新技術將為開發更節能的微電子設備和類腦超級電腦奠定良好基礎。

資料來源:ScitechDaily

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