Четвёртый элемент памяти и мозга

В статье «Памятный знак электросхемы» мы затронули довольно неожиданную для многих читателей сторону развития современных микро- и наноэлектронных технологий.

В то время, как переход от «микро» к «нано» в электронике и оптических информационных сетях от публикации к публикации знаменуется укрощением все новых и новых размерных квантовых эффектов, группа исследователей из лаборатории Hewlett Packard показала как наноразмерные частицы позволяют создать совершенно новый тип пассивных элементов электросхем - мемристор, применение которого в будущем может в корне изменить принципы схемотехники.

Эта новость вызвала ощутимый отклик среди наших читателей, поэтому мы попросили одного из авторов работы, Дмитрия Струкова, прокомментировать разработку и ответить на несколько дополнительных вопросов. Беседу вёл Валерий Кривецкий.

Дмитрий, расскажите, пожалуйста, немного из истории создания мемристора вашей научной группой.

Наши работы носили вполне направленный характер - мы хотели получить пассивный элемент электрических цепей, сопротивление которого зависит от предыстории, тот самый мемристор, которого так не хватало Чуа. Это не только довольно интересная фундаментальная задача, но и возможность создания принципиально иной логики вычислительных сетей. Именно поэтому идея, казавшаяся совершенно нереализуемой в двадцатом веке вдруг стала вновь интересной с приходом нанотехнологий XXI столетия.

А какую роль в вашей работе играют нанотехнологии?

Как было отмечено в нашей статье в Nature, явление миграции неосновных носителей заряда (в нашем случае кислородных вакансий) под действием электрического напряжения - явление отнюдь не новое. Нам было необходимо только заставить его работать. Здесь-то наноразмеры и сослужили нам большую службу. Наноразмеры полупроводниковых материалов позволяют вызвать миграцию кислородных вакансий при очень низких напряжениях - 1-2 Вольта, тогда как микро-, и уж тем более макроскопические размеры полупроводников требуют существенно больших напряжений, на практике просто недостижимых.

Собственно, мемристор в понимании Чуа - это устройство, в котором магнитный поток меняется пропорционально величине прошедшего заряда.

Вычисления показали, что его сопротивление в данный конкретный момент будет зависеть от того, под каким напряжением оно находилось на предшествующем отрезке времени.

Наше устройство нельзя считать настоящим мемристором. Это скорее его функциональная модель, так как действует оно без всякого участия магнитного поля, вместо него у нас работают полупроводники. В то же время зависимость сопротивления от электрической предыстории этого элемента описывается теми же дифференциальными уравнениями, что и у Чуа. Поэтому мы и допускаем применение названия «мемристор» для нашего элемента.

Пробки в городе – пробки в венах

Микроскопические частицы, в избытке содержащиеся в индустриальных районах и выбрасываемые в воздух стоящими в пробках мегаполисов автомобилями, приводят к повышенному образованию сгустков крови прямо внутри сосудов. Причем не только в мелких капиллярах легких, но и в крупных венах ног.

По данным гарвардских эпидемиологов, концентрация в воздухе частиц диаметром меньше 10 микрометров (одна сотая миллиметра) связана с повышенным риском развития тромбоза вен нижних конечностей.

Они провели свое исследование в итальянской Ломбардии среди 2 тысяч человек, у 800 из которых был диагностирован тромбоз. Сопоставив эти данные с информацией по загрязненности воздуха, ученые обнаружили, что абсолютное большинство заболевших как минимум в течение года до постановки диагноза жили в загрязненных районах. Разница в частоте заболеваемости между группами, проживавшими в «чистых» и «грязных» областях, была почти десятикратной.

И хотя точный механизм, ответственный за проявление эффекта, пока не установлен, ученые считают, что основных пути два. Первый связан с тем, что частицы проникают в сосуды легких, откуда попадают в кровоток, затем оседают на стенках вен и артерий, вызывая воспаление, а вместе с ним тромбоз. Вторая причина была выявлена в лаборатории – образцы крови, полученные у доноров, живущих в «грязных» условиях, свертывались быстрее контрольных.

Городской образ жизни и соответствующие виды деятельности (работа на станках, сидячая работа) и раньше считались фактором риска развития тромбоза вне нижних конечностей. Теперь выясняется, что к таковым относится и вдыхание городского воздуха – особенно близ оживлённо стоящих утром и вечером магистралей мегаполисов.