Real Time Web Analytics حافظه‌ های شیمیایی یا چیت ها، نسل جدیدی از حافظه‌های کامپیوتری مبتنی بر واکنش‌های شیمیایی! | دیپ لوک

حافظه‌ های شیمیایی یا چیت ها، نسل جدیدی از حافظه‌های کامپیوتری مبتنی بر واکنش‌های شیمیایی!

0

در حافظه‌های الکترونیکی معمول، صفر و یک‌ها ثبت و ذخیره شده و با استفاده از یک پدیده فیزیکی مانند شارش جریان الکتریکی و یا تغییر میدان الکتریکی و مغناطیسی، خوانده می‌شوند. اکنون گروهی از محققان لهستانی، حافظه‌های مبتنی بر واکنش‌های شیمیایی با نام چیت را معرفی نموده‌اند. برای آشنایی بیشتر با این حافظه‌ های شیمیایی با دیپ لوک همراه باشید…

در علوم کام‍‍‍پیوتر‌ی کلاسیک، ذخیره اطلاعات بر روی بیت‌ها انجام می‌شود، اما در علوم کامپیوتری کوانتومی، اطلاعات بر روی بیت‌ های کوانتومی یا کیوبیت‌ ها (qbuit) ذخیره می‌شوند. مطالعات گروهی از محققان نشان داده که از ترکیبات شیمیایی نیز می‌توان به عنوان گزینه مناسبی برای ذخیره اطلاعات استفاده کرد. حافظه‌ های شیمیایی یا به اختصار چیت ها (chit)، در واقع آرایش ساده‌ای از سه قطره‌ی در تماس با یکدیگر از طریق واکنش‌های نوسانی است. در این پژوهش، نوعی حافظه‌های شیمیایی مبتنی بر پدیده‌های شیمیایی ارائه شده است. در این روش، یک بیت در سه قطره (ذره) که واکنش‌های شیمیایی بین آنها، به‌طور پیوسته و چرخشی در حال انجام است، ذخیره می‌شود.
اساس شیمیایی این دسته از حافظه‌ها بر واکنش بلوسوف-ژابوتینسکی یا به اختصار واکنش BZ استوار است. ماهیت این واکنش، نوسانی است. وقتی یک چرخه به پایان می‌رسد، مواد اولیه‌ی مورد نیاز برای شروع چرخه‌ی بعد، درون محلول، بازسازی می‌شوند. پیش از اتمام واکنش، ممکن است بین دهها تا صدها مرتبه واکنش نوسانی رخ دهد. این واکنش‌ها معمولا همراه با تغییر رنگ ناشی از فریون (کاتالیزور واکنش) رخ می‌دهند. در این پژوهش، محققان به کمک نوع دیگری از کاتالیزورها، واکنش را انجام دادند. با استفاده از فلز روتنیوم (Rh) به عنوان کاتالیزور، ماهیت واکنش BZ به صورت یک واکنش حساس به نور تغییر می‌یابد، به‌گونه‌ای که با تابش نور آبی به محلول، یک واکنش نوسانی رخ می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود تا بتوان دوره انجام واکنش را کنترل نمود. محققان می‌گویند:

ایده‌ی ما برای ذخیره شیمیایی داده‌ها، ساده بود. با توجه به آزمایش‌های قبلی، مشخص شده بود زمانی که قطره‌های BZ در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند، مواد شیمیایی می‌توانند از قطره‌ای به قطره‌ی دیگر انتشار یابند. بنابراین ما تصمیم گرفتیم کوچکترین سیستم‌های قطره‌ای را بررسی کنیم که در آن‌ها، برانگیختگی به روش‌های مختلف، امکان‌پذیر بود (در حالیکه حداقل دو قطره باقی پایدار بمانند). در نتیجه ما می‌توانستیم ترتیب برانگیختگی‌ها را با استفاده از مقادیر منطقی صفر و یک تعیین کنیم. برای سوییچ بین حالت‌ها و تغییر حالت حافظه می‌توانیم از نور استفاده کنیم.

آزمایش‌ها در یک محفظه پر شده با استفاده از یک لایه نازک لیپیدی در نوعی روغن (دِکان) انجام گرفت. مقادیر اندکی از محلول نوسان کننده به سیستم تزریق شد. این محفظه بر روی سیستم فیبر نوری تعبیه شده در انتهای ظرف قرار داده شد. آزمایش با بررسی دو قطره‌ی جفت‌شده، آغاز شد که چهار نوع حالت نوسانی، ممکن بود: قطره اول باعث برانگیختگی قطره دوم می‌شود، قطره دوم باعث برانگیختگی قطره سوم می‌شود، هر دو قطره همزمان با یکدیگر برانگیختگه شوند و هر دو قطره به تناوب باعث برانگیختگی یکدیگر شوند. پژوهشگران می‌گویند:

اغلب در سیستم‌های با یک جفت قطره، یک قطره باعث برانگیختگی قطره‌ی دیگر می‌شود. متاسفانه تنها یک حالت از این حالت‌ها، پایدار است درحالیکه که ما به دو حالت برای مطالعاتمان نیاز داریم. هر دو قطره از یک محلول مشابه ساخته شده‌اند، اما هیچگاه، ابعاد مشابهی ندارند. در نتیجه واکنش نوسانی در هر قطره، با سرعت متفاوتی انجام می‌گیرد. در اینگونه موارد، قطره‌ی با سرعت نوسانی کمتر با قطره‌ی با سرعت بالاتر همگام می‌شود. حتی اگر با استفاده از نور بتوان قطره‌ی با سرعت نوسانی کمتر را به قطره با سرعت نوسانی بالاتر برانگیخته کرد، سیستم به حالتی باز می‌گردد که قطره‌ی با سرعت بالاتر، با سرعت کمتری نوسان کند.

در نهایت، محققان به بررسی سیستم‌های با سه قطره نوسانگر روی آوردندکه به شکل یه مثلث بودند. در این حالت، ذرات شیمیایی می‌توانند در جهت‌های مختلف انتشار یابند: ممکن است قطره‌ها به طور همزمان در فازهای متضاد نیز در نوسان باشند، دو قطره با یکدیگر نوسان کنند و یا قطره سوم را وادار به نوسان نمایند. محققان بیشتر به حرکات چرخشی علاقه‌مند هستند، به صورتی که ذرات شیمیایی جبهه‌ای از قطره‌های با ترتیب ۳-۲-۱ و یا در جهت مخالف یا ترتیب ۱-۲-۳ عبور می‌کنند.

قطره‌ای که در آن واکنش BZ رخ می‌دهد به سرعت برانگیخته خواهد شد اما بازگشت به حالت پایه فرایندی طولانی‌تر می‌باشد از سویی برانگیختگی مجدد تنها پس آن بازگشت به حالت پایه امکان‌پذیر خواهد بود. بنابراین اگر برانگیختگی در حالت ۳-۲-۱ با سرعت به قطره سوم برسد زمان کافی برای برانگیخته کردن قطره اول وجود نخواهد داشت و امکان آغاز چرخه جدید نیز به دلیل زمان کم برای قطره اول وجود ندارد. در نتیجه حالت چرخشی در سیستم ناپدید می‌شود. محققان تنها علاقه‌مند به آن دسته از حرکات چرخشی هستند که امکان تکرار چندباره حالت برانگیخته در آن‌ها وجود داشته باشد. آن‌ها نتیجه گرفتند که ذرات شیمیایی جبهه‌ای مانند یک موج مارپیچی در میان قطره‌ها جابجا می‌شوند و این گونه امواج با توجه به افزایش پایداری‌شان، شناخته می‌شوند.

مطالعات انجام شده نشان داد که هر دو شیوه چرخشی مورد مطالعه، دارای اعتبار و پایداری هستند و اگر وارد یک سیستم شوند تا زمانی که واکنش BZ متوقف شود، در سیستم باقی می‌مانند. همچنین ثابت شده که با انتخاب مناسب زمان و طول روشنایی قطره‌ها، جهت چرخش حالت برانگیخته را نیز می‌توان تغییر داد. سیستم‌های سه قطره‌ای با مواد شیمیایی جبهه‌ایی متفاوت، قابلیت ذخیره اطلاعات در یکی از دو حالت حالت‌ ممکن را دارند. محققان می‌گویند:

در واقع حافظه‌ های شیمیایی ما قابلیت ذخیره اطلاعات را اندکی بیشتر نسبت به بیت‌های معمولی دارند. حالت چرخشی مورد استفاده، زمان واکنش نوسانی برای ثبت صفر و یک‌ها را در زمان بسیار کوتاه  ۱۸/۷ و ۱۹/۵ ثانیه ثبت نمودند. بنابراین اگر بتوان سیستم را با سرعت کم‌تری وادار به نوسان نمود امکان ذخیره اطلاعات در حالت‌های دیگر نیز به وجود خواهد آمد که از این حالت سوم می‌توان برای بررسی صحت اطلاعات به دست آمده استفاده کرد.

پژوهش بر روی حافظه‌های بر پایه سیستم‌های قطره‌ای در حال نوسان، یک پدیده طبیعی است. این آزمایش ثابت کرد که می‌توان حافظه‌های پایداری طراحی نمود که در آن‌ها فرایند ذخیره اطلاعات، بر اساس واکنش‌های شیمیایی صورت بگیرد. حافظه‌ های شیمیایی جدید تنها قادر به ذخیره اطلاعات می‌باشند و برای خواندن اطلاعات موجود در آن‌ها، نیازمند یک ابزار فیزیکی هستیم. احتمالا سال‌های زیادی طول خواهد کشید تا حافظه‌های شیمیایی را بتوانیم به عنوان بخشی از یک کامپیوتر شیمیایی استفاده کنیم.


مقاله اصلی را در زیر مشاهده کنید:

دانلود این مقاله

دکترای شیمی معدنی از دانشگاه فردوسی مشهد علاقه مند به بیو شیمی معدنی و شیمی محاسباتی مخصوصا بررسی نقش فلزات در سیستم های زیستی مانند نقش آهن در تالاسمی!

ارسال نظر

*