Cercetătorii descoperă o nouă modalitate de calcul cu cristale lichide

Cercetătorii de la Școala de Inginerie Moleculară Pritzker a Universității din Chicago au demonstrat cum să proiecteze elementele de bază necesare pentru operațiuni logice cu un material numit cristal lichid. Noua descoperire este prima de acest fel și ar putea duce la o modalitate complet nouă de efectuare a calculelor.

Cercetarea a fost publicată în Science Advances.

Deși noua tehnică nu va duce la tranzistoare sau calculatoare imediat, ar putea merge pe o cale lungă în crearea dispozitivelor cu funcții noi în calcul, senzori și robotică.

Juan de Pablo este profesor Liew Family în Inginerie Moleculară și cercetător senior la Laboratorul Național Argonne. El este, de asemenea, autorul principal al cercetării.

“Am arătat că puteți crea blocurile de construcție elementare ale unui circuit – porți, amplificatoare și conductoare – ceea ce înseamnă că ar trebui să puteți să le asamblați în aranjamente capabile să execute operații mai complexe”, a spus Juan de Pablo. “Este un pas foarte interesant pentru domeniul materialelor active.”

Cristale lichide

Cercetarea s-a concentrat puternic pe un tip de material numit cristal lichid. Una dintre proprietățile unice ale cristalului lichid este că moleculele sale sunt de obicei alungite și adoptă o structură oarecum ordonată atunci când sunt ambalate împreună. Cu toate acestea, această structură poate fi deplasată similar cu lichidul, și oamenii de știință pot utiliza proprietăți unice, cum ar fi aceasta, pentru a construi tehnologii noi.

Ordinea moleculară diferită înseamnă că există puncte în toate cristalele lichide în care regiunile ordonate pot veni în contact unele cu altele. Deoarece orientările lor nu se potrivesc perfect, oamenii de știință le numesc “defecte topologice”, și punctele se deplasează în jurul cristalului lichid în timp ce se mișcă.

Echipa de oameni de știință explorează dacă aceste defecte ar putea fi utilizate pentru a transporta informații. Cu toate acestea, crearea tehnologiei din ele ar necesita capacitatea de a le deplasa în jurul lor unde se dorește, și a fost extrem de dificil să controleze comportamentul lor până în acest punct.

“Normal, dacă priviți printr-un microscop la un experiment cu un cristal lichid activ, ați vedea haos complet – defecte care se deplasează peste tot”, a spus Juan.

Prăpastia

Prăpastia a venit anul trecut cu un proiect în laboratorul lui Pablo, condus de Rui Zhang, care a fost un cercetător postdoctoral la Școala de Inginerie Moleculară Pritzker. El a lucrat alături de Prof. Margaret Gardel de la UChicago și Prof. Zev Bryant de la Stanford.

Echipa a descoperit un set de tehnici care ar putea fi utilizate pentru a controla defectele topologice. Dacă au controlat unde au introdus energie în cristalul lichid, ceea ce a fost realizat prin iluminarea unor zone specifice, defectele ar putea fi ghidate în direcții specifice.

“Acestea au multe dintre caracteristicile electronilor dintr-un circuit – le putem deplasa pe distanțe lungi, le putem amplifica și le putem închide sau deschide transportul, așa cum se face într-o poartă de tranzistor, ceea ce înseamnă că le putem utiliza pentru operații relativ sofisticate”, a spus Zhang.

Deși calculele sugerează că sistemele ar putea fi utilizate pentru calcule, ar fi probabil mai utile în domeniul roboticii moi. Echipa crede că ar putea crea roboti moi care să execute unele dintre propriile “gânduri” cu ajutorul cristalelor lichide active.

Ei speră, de asemenea, că defectele topologice ar putea fi utilizate pentru a transporta cantități mici de lichid sau alte materiale în dispozitive mici.

“De exemplu, poate ați putea efectua funcții într-o celulă sintetică”, a spus Zhang.

Echipa de cercetare include, de asemenea, coautorul și cercetătorul postdoctoral de la UChicago, Ali Mozaffari. Echipa va lucra acum pentru a efectua experimente pentru a confirma rezultatele teoretice.