Учените от NREL разработват нов подобен на синапс фототранзистор
Учените от NREL разработват нов подобен на синапс фототранзистор
Видео: Учените от NREL разработват нов подобен на синапс фототранзистор
Видео: Везде солнечная энергия: NREL является пионером будущего фотоэлектрической энергии 2023, Февруари
Anonim

Изследователи от Националната лаборатория за енергията от възобновяеми енергийни източници (NREL) на Министерството на енергетиката на САЩ са разработили пробив в енергийно ефективните фототранзистори. Такива устройства в крайна сметка могат да помогнат на компютрите да обработват визуална информация по-скоро като човешкия мозък и да се използват като сензори в неща като самоуправляващи се превозни средства.

Структурите разчитат на нов тип полупроводници - металхалогенидни перовскити - които се доказаха като много ефективни при преобразуване на слънчевата светлина в електрическа енергия и показаха огромно обещание в редица други технологии.

„Като цяло тези перовскитови полупроводници са наистина уникална функционална система с потенциални ползи за редица различни технологии“, каза Джефри Блекбърн, старши учен в NREL и съавтор на нова статия, очертаваща изследването. „NREL се заинтересува от тази материална система за фотоволтаици, но те имат много свойства, които могат да бъдат приложени в цели различни области на науката.“

В този случай изследователите комбинират нанокристалите на перовскит с мрежа от едностенни въглеродни нанотръби, за да създадат комбинация от материали, която според тях може да има интересни свойства за фотоволтаици или детектори. Когато го огряха с лазер, откриха изненадващ електрически отговор.

„Това, което обикновено се случва, е, че след поглъщане на светлината, електрически ток ще тече за кратко за кратък период от време“, каза Джоузеф Лутер, старши учен и съавтор. „Но в този случай токът продължаваше да тече и не спираше няколко минути, дори когато светлината беше изключена.“

Такова поведение се нарича „постоянна фотопроводимост“и е форма на „оптична памет“, при която светлинната енергия, удряща устройство, може да се съхранява в „паметта“като електрически ток. Феноменът може също да имитира синапси в мозъка, които се използват за съхранение на спомени. Често обаче постоянната фотопроводимост изисква ниски температури и / или високи работни напрежения и настоящият скок ще продължи само за малки части от секундата. В това ново откритие постоянната фотопроводимост произвежда електрически ток при стайна температура и протича ток повече от час след изключване на светлината. Освен това беше установено, че са необходими само ниски напрежения и ниска интензивност на светлината, подчертавайки ниската енергия, необходима за съхранение на паметта.

Изследването е описано в статията „Ниско енергийно оптично превключване при стайна температура при смесени измерения на наномащабни хетеросъединения на Перовскит“, която се появява в списанието Science Advances. В допълнение към Блекбърн и Лутер, вестникът е съавтор на Ji Hao, Young-Hoon Kim, Severin Habisreutinger, Steven Harvey и Elisa Miller, всички от NREL, и от учени от Университета на Уисконсин-Медисън и Университета на Толедо.

Други учени работят върху оптичната памет и невроморфните изчисления, които емулират начина, по който човешкият мозък съхранява информация. Мозъкът използва „невронна мрежа“от неврони, които взаимодействат с много други неврони в синапсите. Тази силно взаимосвързана мрежа е една от основните причини, поради които мозъкът може да обработва информацията по такъв енергийно ефективен начин, така че има голяма мотивация за учените да създават изкуствени невронни мрежи, които имитират функциите на мозъка.

Изследването предоставя по-рано липсващи принципи на проектиране, които могат да бъдат включени в оптичната памет и невроморфните изчислителни приложения. Визуалното възприятие представлява преобладаващата част от входа, който мозъкът събира за света, и тези изкуствени синапси могат да бъдат интегрирани в системи за разпознаване на изображения.

„Има много приложения, при които сензорните масиви могат да вземат изображения и да прилагат алгоритми за обучение и обучение за приложения от изкуствен интелект и машинно обучение“, каза Блекбърн. „Като пример такива системи могат потенциално да подобрят енергийната ефективност, производителност и надеждност в приложения като самоуправляващи се превозни средства.“

Изследователите са опитали три различни типа перовскити - формамидиниев оловен бромид, цезиев оловен йодид и цезиев оловен бромид - и са установили, че всеки от тях е в състояние да създаде устойчива фотопроводимост.

„Това, което направихме, е само едно от най-простите устройства, които можете да направите от комбинирането на тези две системи, и ние демонстрирахме опростена операция, подобна на паметта“, каза Блекбърн. „За изграждането на невронна мрежа се изисква интегриране на масив от тези кръстовища в по-сложни архитектури, където могат да се емулират по-сложни приложения за памет и приложения за обработка на изображения.“

Изследването беше подкрепено от Центъра за хибридни органично-неорганични полупроводници за енергия (CHOISE), изследователски център за енергийни граници към Министерството на науката на Министерството на енергетиката на САЩ.

NREL е основната национална лаборатория за изследвания и развитие на възобновяемата енергия и енергийната ефективност на Министерството на енергетиката на САЩ. NREL се управлява за енергийния отдел от Алианса за устойчива енергия, LLC.

Популярни по теми