Araştırmacılar Sıvı Kristal ile Hesaplama Yapmanın Yeni Bir Yolunu Keşfetti

Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’ndaki araştırmacılar, sıvı kristal adı verilen bir malzeme ile mantık işlemleri için gerekli temel unsurları tasarlayabildiklerini gösterdiler. Bu yeni gelişme, ilk kez gerçekleşen bir olay ve tamamen yeni bir hesaplama yöntemine yol açabilir.

Araştırma Science Advances‘ dergisinde yayımlandı.

Yeni teknik, kısa vadede transistörler veya bilgisayarlar üretmeyecektir, ancak hesaplama, algılama ve robotik gibi alanlarda yeni işlevlere sahip cihazlar oluşturmak için uzun bir yol kat edebilir.

Juan de Pablo, Moleküler Mühendislik alanında Liew Ailesi Profesörü ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda kıdemli bilim adamıdır. Ayrıca araştırmanın kıdemli yazarıdır.

“Devrelerin temel yapı taşlarını – kapıları, amplifikatörleri ve iletkenleri – oluşturabildiğimizi gösterdik, bu da daha karmaşık işlemler gerçekleştirebilecek şekilde birleştirebileceğimiz anlamına geliyor” dedi Juan de Pablo. “Etkin malzemeler alanında gerçekten heyecan verici bir adım.”

Sıvı Kristaller

Araştırma, sıvı kristal adı verilen bir malzeme üzerinde yoğunlaştı. Sıvı kristallerin benzersiz özelliklerinden biri, moleküllerinin genellikle uzamış olması ve bir araya geldiklerinde belirli bir düzen benimsemeleridir. Ancak bu düzen, sıvı gibi değişebilir ve bilim adamları bu özellikleri kullanarak yeni teknolojiler geliştirebilir.

Farklı moleküler düzen, sıvı kristallerin tümünde, düzenlenmiş bölgelerin birbirleriyle temas ettiği noktalar oluşturur. Bilim adamları, bu noktaları “topolojik hatalar” olarak adlandırır ve sıvı kristal hareket ettikçe bu noktalar da hareket eder.

Bilim adamları, bu hataların bilgi taşıyıp taşıyamayacağını araştırıyorlar. Ancak, bu hataları kontrol etmek ve istenilen yere taşımak gerekiyor, ki bu da şimdiye kadar çok zor oldu.

“Genellikle, bir mikroskopla aktif bir sıvı kristal deneyine baktığınızda, her yerdeki kaosu – her yerde hareket eden hataları – görürsünüz” dedi Juan.

Çığır Açan Keşif

Çığır açan keşif, geçen yıl Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’ndaki Pablo’nun laboratuvarında, Rui Zhang tarafından yürütülen bir proje ile gerçekleşti. Zhang, o zamanlar Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu’nda doktora sonrası araştırmacıydı ve UChicago’dan Prof. Margaret Gardel’in laboratuvarı ve Stanford’dan Prof. Zev Bryant’ın laboratuvarı ile birlikte çalıştı.

Ekibin, topolojik hataları kontrol etmek için bir dizi teknik keşfetti. Sıvı kristale enerji verdikleri yerleri kontrol edebiliyorlarsa, yani belirli alanlara ışık tutarak, hataları belirli yönlerde yönlendirebilirlerdi.

“Bu hatalar, bir devredeki elektronların birçok özelliğini taşıyor – onları uzun mesafelere taşıyabilir, amplifiye edebilir ve bir transistör kapısı gibi açıp kapatabiliriz, bu da nispeten karmaşık işlemler gerçekleştirebileceğimiz anlamına geliyor” dedi Zhang.

Hesaplamalar, bu sistemlerin hesaplamalar için kullanılabileceğini gösteriyor, ancak muhtemelen yumuşak robotik alanlarında daha faydalı olacaklar. Ekibin görüşüne göre, aktif sıvı kristallerin yardımıyla, bazı “düşünme” işlemlerini gerçekleştirebilen yumuşak robotlar oluşturabilirler.

Ayrıca, topolojik hataların, küçük miktarlarda sıvı veya diğer malzemeleri küçük cihazlar içinde taşıyabileceğini umuyorlar.

“Örneğin, belki sentetik bir hücre içinde işlemler gerçekleştirebiliriz” dedi Zhang.

Araştırma ekibinde, ortak yazar ve UChicago doktora sonrası araştırmacı Ali Mozaffari de yer alıyor. Ekibin şimdi teorik bulguları doğrulamak için deneyler gerçekleştirmesi gerekiyor.